[发明专利]一种圆偏或椭偏高次谐波的产生和调节方法及装置

说明书

本发明公开一种圆偏或椭偏高次谐波的产生和调节方法及装置。该方法利用两束不同频率的线性偏振光驱动气体介质辐射高次谐波，通过调节双色场的相对相位，保证辐射高次谐波的效率；通过调节双色场的偏振夹角和强度比，调节辐射高次谐波的椭偏率，使得在合适偏振夹角和强度比下，辐射出的奇次、偶次高次谐波强度出现明显差异，而且奇次和偶次高次谐波分别具有相同旋性，可以用于合成高效率的圆偏或椭偏阿秒脉冲。这是一种具有实用性的产生和调节相干极紫外光椭偏率的方法。

技术领域

本发明涉及超快激光技术领域，更具体地，涉及一种圆偏或椭偏高次谐波的产生和调节方法及装置。

背景技术

阿秒脉冲的产生及应用是人们正在开拓的全新领域。基于高次谐波的阿秒相干极紫外光脉冲合成技术研究，不仅在对原子、分子内电子运动和原子核结构的探测等领域具有重大应用价值，而且在超快信息、材料科学和生命科学等领域也将创造前所未有的极端实验环境并提供前所未有的研究条件。

2001年，科学家们首次在实验上通过高次谐波合成了脉冲宽度为650阿秒的极紫外脉冲(M.Hentschel,et al.,Nature 414,509(2001))，标志着超快激光技术发展到了阿秒领域。经过十几年的快速发展，目前科学家们获得了最短脉冲宽度为43阿秒的阿秒脉冲(T.Gaumnitz,et al.,Optics Express 25,27506(2017))。这些研究尽管在很大程度上加深了人们对阿秒光源产生的认识，但是这些研究大多着眼于如何产生阿秒脉冲以及如何压缩脉冲宽度，而忽视了对阿秒脉冲椭偏率的测量和调控。在阿秒脉冲的应用方面，圆偏或椭偏阿秒脉冲在识别手性分子、利用磁圆二色性研究磁性材料结构以及产生阿秒脉冲磁场等领域具有独特的优势。

因此，近年来科学家们开始致力于研究如何产生圆偏或椭偏的高次谐波。其中两种较具代表性的方案，一是利用双色圆偏光技术(A.Fleischer,et al.,Nature Photonics8,543(2014))，二是单色非共线圆偏光技术(D.D.Hickstein,et al.,Nature Photonics9,743(2015))。双色圆偏光技术所使用的的驱动光是由两束传播方向相同旋性相反具有不同频率的圆偏光构成，这种双色圆偏光在它的偏振平面内呈现多重对称性的李萨如图形结构，即在每一个基频振荡周期内均具有多瓣结构。这种双色圆偏光作用下辐射的高次谐波，虽然其每一阶次高次谐波都是圆偏或椭圆偏振的，但是其相邻的两个阶次高次谐波旋性相反，因此合成的阿秒脉冲仍然是线性偏振的。单色非共线圆偏光技术所使用的驱动光是由两束传播方向有一定夹角且旋性相反并具有相同频率的圆偏光构成，这种单色非共线圆偏光在两束光的交汇重叠区域呈现线性偏振，且偏振方向在横向截面上连续变化，可以辐射高次谐波并在远场衍射叠加产生圆偏振，但是两束非共线光交汇重叠区域有限，因此辐射高次谐波效率较低。

对于圆偏或椭偏阿秒技术，当前的问题是，在现有的产生圆偏或椭偏高次谐波方法中，要么辐射的不同阶次高次谐波呈现出相反旋性，使得合成阿秒脉冲仍然为线性偏振；要么辐射的高次谐波效率较低，限制了合成阿秒脉冲的能量，从而约束了圆偏或椭偏阿秒脉冲在实际中的应用与发展。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决现有的产生圆偏或椭偏高次谐波方法中，辐射的不同阶次高次谐波呈现出相反旋性，使得合成阿秒脉冲仍然为线性偏振；或辐射的高次谐波效率较低，限制了合成阿秒脉冲的能量的技术问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供一种圆偏或椭偏高次谐波的产生和调节方法，包括以下步骤：

步骤S0、通过双色场与气体相互作用，辐射出圆偏或椭偏高次谐波；

步骤S1、通过调节双色场相对相位，调节所述高次谐波的效率；

步骤S2、将所述双色场相对相位固定在获得最高效率高次谐波时所对应的相对相位处，通过调节双色场的偏振夹角和强度比调节所述高次谐波的椭偏率。