“前沿进展”栏目，旨在介绍科研人员在光学领域发表的具有重要学术、应用价值的论文，促进研究成果的传播。部分论文将推荐参与“中国光学十大进展”评选。
利用激光与物质相互作用产生频率为激光中心频率几十至几千倍的谐波辐射，是获得高频相干辐射的一种重要机制。近日，上海交通大学和中科院上海光机所研究人员在原有理论研究基础之上，利用上海交大激光等离子体实验室200 TW超短超强激光装置，成功实现了一种对激光对比度不敏感的相对论强度的固体高次谐波产生方案。相关成果以“Experimental Demonstration of Efficient Harmonic Generation via Surface Plasma Compression with Lasers”为题于2022年6月14日发表于Physical Review Letters。2022 | 前沿进展高亮极紫外/软X射线相干光源相对于传统激光，具有波长更短、光子能量更高的特点，因此自激光发明以来，该光源就一直是科学家们追求的梦想。与自由电子激光器这样的超大科学装置相比，基于强激光-靶作用产生高次谐波的极紫外/软X射线相干光源，拥有规模小、造价低、使用灵活等优点，有利于在更广泛范围内的应用。强激光与气体作用产生的高次谐波，已成为商业化的小型超快极紫外光源。但受气体过度电离度限制，驱动激光强度受限，使得这种高次谐波的峰值亮度难以进一步提升。利用超强激光与固体作用在其表面电离产生高密电子层，且利用该电子层在光场中的相对论振荡对反射激光实现多普勒频率提升，作为高次谐波的产生机制，可以突破对驱动激光强度的限制，产生的高次谐波峰值亮度可以成数量级的提升。然而为了避免表面等离子体膨胀降低电子层密度，这种机制对超强激光时域上的对比度要求极高，限制了其发展。该团队使用一束圆偏振的飞秒预脉冲正入射靶面（如图），利用预脉冲的辐射光压将靶表面预等离子体压缩至最佳密度状态，而后主激光脉冲与该等离子体层作用。通过该方式，他们将高次谐波的强度提升了一个量级。利用预脉冲压缩靶面预等离子体高效率地产生高次谐波辐射“以往为了在固体靶表面产生高次谐波辐射，人们需要采用等离子体镜技术提高激光对比度，但是这种方法限制了高次谐波辐射的重复频率。”刘峰副研究员表示，“我们的实验方案解决了这一难题，是一种获得高重频、高亮度极紫外相干辐射源的高效方法。”陈民教授认为，“该项研究突破了以往依赖激光对比度提升来获得小尺度预等离子体的思维束缚，而是利用激光对预等离子体进行裁剪，产生最适合谐波产生的条件。这种飞秒时间尺度，微米空间尺度内的外科手术式的表面裁剪，不仅可以大幅提升谐波效率，也有可能在表面电磁场操控、电子加速、离子加速等诸多方面带来新的契机。该技术也非常容易扩展到高重复频率的激光打靶，因此对提升光源的平均亮度也极具优势，为其工业应用提供可能。”04 总结与展望
该团队认为此方案有望为强激光极紫外/软X射线光源的发展带来新的机遇，例如有可能做为种子脉冲提升激光尾场驱动自由电子激光的相干性，推动这些光源在物质结构探测、阿秒科学、极端强场物理研究，以及极紫外光刻等领域的应用。同时，利用预脉冲主动调控靶面等离子体分布的方法，也有望应用于强激光等离子体物理的其它研究中。
论文第一作者为上海交通大学李政道研究所和物理与天文学院的李博原博士后，通讯作者为物理与天文学院的刘峰副研究员和陈民教授。该工作受到国家自然科学基金和中科院先导项目的资助。https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.244801
编辑 | 方紫璇
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