中科院上海光機所強場激光物理國家重點實驗室徐至展、李儒新研究組于2013年6月7日出版的國際物理學學術期刊《物理評論快報》上發表的論文[Phys. Rev. Lett.110, 233903(2013)],報道了在國際上首次實現強場高次諧波單一級次的選擇性增強,獲得可調諧單色極紫外相干輻射輸出。他們利用亞周期波形可控多色激光驅動場選擇性增強特定級次的高次諧波輻射,獲得了高對比度(15.9:1)諧波等突破性研究進展。強場超快激光與氣體相互作用產生高次諧波是強場物理領域的重要研究方向。高次諧波輻射通常以頻率梳的模式產生,而且各個級次(不同頻率)在平臺區具有類似的強度,這可歸因于高次諧波過程中的非微擾屬性。為了使高次諧波頻率梳中的能量集中調諧到某個特定級次,他們首次提出了亞周期波形可控、X-Y偏振可控的多色激光驅動場的獨特設計,通過宏觀相位匹配和原子內相位匹配技術將高次諧波頻率梳中的能量集中到某個特定級次,成功實現了特定級次的高次諧波的增強和相鄰諧波的極大抑制。這個特定級次還能通過相位匹配技術進行調諧,從而獲得可調諧的單色極紫外相干輻射輸出。
2000年著名的美國科羅拉多大學和美國國家標準與技術研究所JILA研究組報道了利用變形鏡優化驅動激光脈沖的啁啾特性,獲得了目標級次高次諧波的增強(8倍)[Nature 406, 164 (2000)],但卻不能抑制相鄰級次諧波的輻射強度,沒有真正實現選擇性增強。十余年來該研究方向突破難度大,一直沒有取得實質性進展。本項研究是首次實現的單個高次諧波選擇性增強的突破,輸出強度增強了102~3倍(相對于單色激光場),對比度提高至15.9:1。
該項研究有重要意義與應用前景,正如PRL三個審稿人指出的:"……這個技術對于產生單色相干XUV光源非常有用","……這個工作對于自由電子激光器種子光的注入非常有意義,基于亞周期波形控制的物理機制也非常有趣","……這些結果對于高次諧波的應用是非常有意義和有用途的,相對于以前的方法,該方法在效率上獲得了突破性的增強"。該項研究得到國家自然科學基金、國家973計劃、國家科技部國家重點實驗室專項和中科院重要方向性項目等的支持。