處于極紫外（XUV）波段的高次諧波（HHG）由于具有優(yōu)良的相干性、極短的脈沖寬度、寬波段的覆蓋范圍及體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，自出現(xiàn)以來(lái)一直備受學(xué)界重視。特別是高重復(fù)頻率的HHG不僅是實(shí)現(xiàn)極紫外光學(xué)頻率梳的關(guān)鍵，而且在阿秒脈沖的產(chǎn)生、時(shí)間分辨的角分辨光電子譜（tr-ARPES）測(cè)量及集成電路與半導(dǎo)體芯片的加工檢測(cè)等方面都具有重要需求。正因?yàn)槿绱�，近年�?lái)高重復(fù)頻率HHG的產(chǎn)生已成為超快物理、精密測(cè)量物理、凝聚態(tài)物理等領(lǐng)域的重要內(nèi)容，也是目前各國(guó)科學(xué)家競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展的重要方向。然而，由于受到高重復(fù)頻率驅(qū)動(dòng)激光單脈沖能量低的限制，國(guó)際上僅有為數(shù)不多的研究組通過(guò)HHG技術(shù)實(shí)現(xiàn)了重復(fù)頻率大于100 kHz的XUV相干輻射，國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。

中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心光物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室魏志義研究組（L07）多年來(lái)致力于HHG及阿秒脈沖產(chǎn)生的研究。近期，該組聯(lián)合培養(yǎng)的博士研究生王佶（北京交通大學(xué)）、許思源（西安電子科技大學(xué)）在趙昆、魏志義等人的聯(lián)合指導(dǎo)下，以商用的高重復(fù)頻率飛秒光纖激光器為光源，通過(guò)自行設(shè)計(jì)搭建的脈沖壓縮系統(tǒng)及倍頻系統(tǒng)，在優(yōu)化參數(shù)及驅(qū)動(dòng)方式等研究的基礎(chǔ)上，獲得重復(fù)頻率高達(dá)0.4 MHz的多階次HHG。在僅用1030 nm波長(zhǎng)飛秒激光的驅(qū)動(dòng)下，得到的最高階次為27階，對(duì)應(yīng)32.5eV的光子能量；在1030 nm及其倍頻515 nm雙波長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)下，觀測(cè)到從13階到23階、波段覆蓋奇偶階次的11個(gè)階次諧波，兩端對(duì)應(yīng)的光子能量分別為15.6 eV及27.7 eV，各階次之間的能量間隔僅1.2 eV（圖1）。近日，上述結(jié)果通過(guò)了專家測(cè)試。該研究為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高重復(fù)頻率的阿秒脈沖和具有時(shí)間分辨的極紫外ARPES提供了重要基礎(chǔ)。

圖1.1030 nm單波長(zhǎng)（上）及結(jié)合515 nm雙波長(zhǎng)（下）激光驅(qū)動(dòng)的XUV諧波

圖2.所研制的高重頻XUV高次諧波產(chǎn)生裝置

圖3.示波器顯示的重復(fù)頻率（408.4 kHz）

圖4.采用SHG-FROG測(cè)得的壓縮脈沖的光譜及脈寬，表明約7.3 fs

值得一提的是，在上述對(duì)驅(qū)動(dòng)激光脈沖的壓縮中，研究人員通過(guò)設(shè)計(jì)采用兩組固體薄片組展寬飛秒光纖激光的光譜，并結(jié)合啁啾反射鏡補(bǔ)償色散，得到了平均功率為12 W、最短脈寬為7.3 fs，對(duì)應(yīng)載波頻率僅約2.1個(gè)光周期的極短脈沖。圖4為用FROG測(cè)量得到的典型結(jié)果，這是目前高重復(fù)頻率下1 μm波段激光所能獲得的最短脈沖結(jié)果之一。

這項(xiàng)工作及相關(guān)研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金、科學(xué)技術(shù)部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院前沿重點(diǎn)項(xiàng)目和儀器研制項(xiàng)目的支持。