利用暗自电离态增强极紫外激光功率:聚焦

一个研究小组揭示了一种涉及暗自电离状态的新光学现象，增强了极紫外激光的功率。

由国家科学研究所 (INRS) 的Tsuneyuki Ozaki教授和François Légaré教授领导的国际研究小组开发了一种独特的方法来增强发射极紫外光脉冲的激光源的功率。新观察到的现象的潜在机制涉及暗自电离态通过与其他相关电子态耦合的独特作用。由于这项工作，该团队将能够在飞秒时间尺度上研究单个暗自电离状态的超快动力学，这在以前是不可能的，因为它无法进行单光子发射或吸收，再加上这些超短寿命状态。

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最近发表在Physical Review Letters杂志上的他们的研究结果允许产生与先进的超快科学应用相关的超快极紫外光，例如角分辨光电子能谱和光电子显微镜。

这项工作是与俄罗斯科学院普罗霍罗夫普通物理研究所的 Vasily Strelkov 教授和内布拉斯加大学林肯分校的研究助理教授 Muhammad Ashiq Fareed 合作完成的。

解开暗自动电离状态的奥秘

在 Énergie Matériaux Télécommunications 研究中心的实验室中，Tsuneyuki Ozaki教授和François Légaré教授以及博士生 Mangaljit Singh 一直在探索特殊类型的电子态，即暗自动电离态。他们的工作是使用高次谐波生成完成的，这是一种激光物理学中非常规的光学现象。

“新发表的结果不仅在理解强烈超快激光与物质相互作用下暗自电离状态的行为方面向前迈出了一步，而且在将来自大型同步加速器和自由电子激光设施的强烈极紫外激光源带到中等规模的激光实验室，”该研究的第一作者、博士生 Mangaljit Singh 说。

激光物理基础施加的许多限制限制了大多数激光在医学、通信或工业中的使用。同样，它们往往只在紫外线、可见光(从紫色到红色)或不可见的近红外和中红外波长范围内工作。然而，许多先进的科学应用需要激光在极紫外范围内以更短的波长工作。最先进的系统采用商用初级激光源从惰性气体中产生高次谐波，以开发相干极紫外光的次级光源。

在这项研究中，Singh 及其同事使用激光烧蚀羽流(从固体材料的激光烧蚀中获得)代替惰性气体来产生与暗自电离态的独特响应同步的高次谐波。

他们发现，在受主要激光参数和激光烧蚀羽流中原子和离子种类的电子结构控制的某些共振条件下，转换效率以及极紫外激光源的功率提高了十多个次。这意味着使用功率为典型惰性气体所需功率十分之一的初级激光器可以获得相同的极紫外功率。

除了提供强烈的极紫外光源外，这项研究还首次展示了利用高次谐波光谱技术在飞秒时间尺度研究暗自电离态动力学的前景。这种暗态可能是多种量子技术的基础，尤其是在提高量子计算性能方面。

这些实验是在 INRS的先进激光光源 (ALLS)实验室进行的，这是一个独特的基于激光的基础设施，可为用户提供相干的彩虹光和尖端的终端站。ALLS 是 LaserNetUS 的一部分，LaserNetUS 是北美高功率激光设施联盟，正在推进激光科学研究的前沿。