中科院物理所在高亮度高次谐波极紫外光源研究中获得进展

高亮度高次谐波测量结果

极紫外高次谐波光源是高功率飞秒激光与惰性气体强非线性相互作用产生的高能量光子相干辐射光源。由于它具有极好的相干性和窄脉冲宽度特性，在阿秒激光、阿秒科学、时间分辨光电子能谱、光刻和半导体晶元检测等领域有重要的应用。由于气体高次谐波转换效率比较低，较弱亮度高次谐波光源限制了其应用，如何提高转化效率获得高亮度极紫外光源一直是超快激光研究的重要方向。

为了要提高其亮度，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心HX-07课题组依托综合极端条件实验装置，从驱动光源和气体靶的设计两方面着手解决，通过采用高功率飞秒激光和增加相互作用区域相位匹配来提高转换效率和高次谐波亮度。在驱动器方面，自行研制了一台重复频率为1MHz，平均功率为200W的飞秒激光，再由熔石英薄片多通腔光谱展宽与压缩方案，实现将脉冲宽度压缩8倍，峰值功率提升到5.35 GW，有利于驱动产生高亮度高次谐波。在气体靶方面，我们仔细研究了气体密度分布与喷嘴大小、位置等关系，设计了差分结构的气体靶，提高了相互作用区域气体密度，同时降低了背景气压，优化相位匹配提高了转换效率。

基于上述两方面的研究，最终获得光子能量覆盖20.47 eV to 46.95 eV 的高次谐波XUV光源，单级次光亮度为 1.07×10¹¹ phs/s。该光源从驱动激光到高次谐波产生、单级次选取、传输与聚焦等全部自研，不仅指标处于国际先进，而且实现了国产替代。

该光源将与角分辨光电子能谱仪以及光电子显微镜等终端设备结合，实现对凝聚态物质、超导材料、低维量子材料等时间分辨的应用研究。相关成果以“Sub-30-fs high power laser based on solid multi-pass cell and application for high flux high harmonic generation”为题发表于Optics Letters 49, 6992-6995 (2026)。 研究生杜超为第一作者，滕浩研究员和魏志义研究员为共同通讯作者。该研究工作获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目和中国科学院等的资助。文章末尾致谢部分，作者团队对综合极端条件实验装置(SECUF)进行了专门致谢。