进展单周期光场调控固体高次谐波

　　40年前，科学家们用皮秒激光电离气体，首次观测到了高次谐波（HHG：High-harmonic generation），从而将激光拓展到真空/极紫外，甚至软X射线波段。作为产生相干X光的重要手段，众多国际知名科研机构数十年来持续致力于高次谐波技术的研究，这为阿秒物理提供了前所未有的方法学支持。2022年，有诺贝尔奖风向标之称的沃尔夫物理学奖（Wolf Prize）首次颁给三位高次谐波研究领域的先驱（瑞典隆德大学Anne L＂Huillier教授，加拿大渥太华大学Paul Corkum教授，德国马普量子光学所Ferenc Krausz教授）。
　　首次实验观测到高次谐波后，人们不断尝试用固体取代气体，这不仅是为了开发全固态高通量极紫外相干光源，更是为了实现固体中的布洛赫振荡（Bloch Oscillations），从而为理解固体内在结构及能带间和能带内的超快动力学过程提供最直观的观测手段。但受限于驱动激光和固体能带特性，固体材料很容易被强激光破坏，因此固体高次谐波的产生是一项很有难度的工作，特别是利用脉冲宽度仅数飞秒的少周期激光，更是具有挑战性的研究内容。正如固体物理家Herbert Kroemer（2000年诺贝尔物理学奖）在其自传中提到：＂.   在固体中实现布洛赫振荡所需要的极端光场几乎难以达到。＂近年来，随着单周期和亚周期极端光场调控技术的不断突破，许多理论工作都预言固体高次谐波将为众多材料的超快动力学探测以及稳定高效阿秒脉冲的产生提供全新研究手段（Rev.Mod.Phys. 72,545,2000；Rev.Mod.Phys. 81,163,2009；Rev.Mod.Phys. 90,021002,2018），固体高次谐波产生技术再度受到更多关注。
　　图1：高次谐波产生单元真空腔体内局部结构
　　中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心HX-L07研究组长期致力于少周期极端光场产生及调控研究，曾先后在多类惰性气体及固体中产生了高次谐波。最近，该研究组在前期工作的基础上，利用超倍频程超连续光谱相干合成技术，首次开展了合成光场调控固体高次谐波的研究，不仅在优化延时的条件下获得了3.6 fs，0.75 mJ的高能量近单周期极端光场，而且也观察到 高次谐波的增强效应 ，同时拓展了高次谐波截止区的光子能量（图2）。该工作有效提高了 真空紫外输出的光通量 ，展现了其在强场超快科学研究领域的优势和应用前景，并有望为宽调谐高分辨真空紫外角分辨光电子能谱仪提供高品质的光源。相关成果以＂Optimal generation of delay-controlled few-cycle pulses for high harmonic generation in solids＂为题名发表在《Applied Physics Letters》期刊上。
　　图2：光场调控固体高次谐波辐射
　　这项工作由该组的三位博士生苏亚北、王帅、梁玥瑛在方少波、贺新奎和魏志义的指导下共同完成。第一作者苏亚北为物理所联培博士生，导师魏志义研究员；通讯作者为方少波副研究员。
　　该 工作得到了国家基金委＂新型光场调控物理及应用＂重大研究计划、科技部国家重点研发计划、中科院科研仪器设备研制项目、青促会人才项目和国家综合极端条件实验装置的支持。