第三届全国原子分子光物理青年科学家论坛
高能量单阿秒脉冲光源产生、 高能量单阿秒脉冲光源产生 控制及应用
兰鹏飞
2013年10月27日
报告内容
1 2 3
个人简历 主要研究工作 总结与讨论
学 习 工 作 简 历
2000-2004： 2000 2004 华中科技大学，物理学院，学士 华中科技大学 物理学院 学士 2004-2009： 华中科技大学，国家光电实验室(筹)，博士 2009-2012： 华中科技大学，国家光电实验室(筹)，留校工作 华中科技大学 国家光电实验室(筹) 留校工作 2009-2011： 日本RIKEN， 国际特别研究员 2011-2013： 日本RIKEN， 协力研究员 2013-至今： 华中科技大学物理学院，教授 日本RIKEN， 客座研究员
2
主要科研工作
阿秒脉冲量子控制新机制的研究 高能量单阿秒脉冲产生的实验研究
研究背景
Nobel Lecture: Passion for precision
Precision measurements have always appealed to me as one of the most beautiful aspects of physics. With better measuring tools, one can look where no one has looked before. More than once, seemingly minute differences between measurement and theory have led to major advances in f d fundamental t l knowThe k Th birth bi th of f modern d science i it lf is itself i intimately i ti t l linked li k d to t the art of accurate measurements.ledge.
——— Theodor W. Hänsch
zs
10-21s
as
10-18 s
fs
10-15 s
ps p
10-12 s
Femtochemistry: A.Zewail
目前飞秒激光驱动的高次谐波是从飞秒脉冲向阿秒(10-18秒)脉冲 转换 突破 秒 转换，突破阿秒界限的首要途径。
的首要途径
Driving pulse
High intensity femtosecond laser
Gas target
3
5
7
9
…… High harmonic generation
1.3 fs
ti time
单阿秒脉 冲产生的 量子调控
单阿秒脉冲量子调控新机制
双色场产生sub-100单阿秒脉冲
5fs/800+400
Pulse duration(fs)
12fs/800+1600
Year
谐波波次数
Time (optical cycle)
Log (Int.)
10
Lan et al PRA 76, 011402 (rapid communication)
Time (optical cycle)
分子高次谐波和阿秒脉冲产生及控制
大核间距分子 原子团簇 大核间距分子、原子团簇
异核复合 同核复合
极性分子
Attosecon nd pulse
Attosecon nd pulse
极性分子
非极性分子
Lan et al PRA 74, 063411;
PRA 76, 021801 (RC),
Opt. Lett. 32, 1186 (2007)
双色场产生高能量单阿秒脉冲的实验研究
红外双色场产生高能量单阿秒脉冲
Low power isolated attosecond pulse CEP stabilized few-cycle y pulse < 2 mJ p tightly focusing, shot gas jet (1mm), Phase-matching of high harmonics
High power IAP Requires： TW class driving laser (>20mJ)
红外双色场方案的优化：
λ0 =800 nm nm, λ1= 300 ~ 1800 nm E0cos(ω0t+φ0)+E1cos(ω1t+φ1) 有效半光周期 ω0/(ω0 -ω1) T0 有效半光周期： 800: 1.3 fs 800+1300: 6.7 6 7 fs
Lan, Takahashi, Midorikawa, PRA 82, 053413
Challenges: pulse p lse duration d ration (~30fs) ( 30fs)
CEP un-stabilized
5fs/800 30fs/800+1300
优化红外双色场机制的实验验证
Ti:S laser 800 nm 150 mJ/10 Hz, 30 fs
two‐color HHG
trigger 10Hz
pump
switch
2 stages OPA 7 mJ J signal i l 3 mJ idler 40 fs / 10 Hz
signal idler
CEP measurement f-2f: P-SPM+ I-SHG
Spatial filter BS
Pump 2 mJ
OPA-1
(TOPAS-C)
seed: 0.3 mJ
OPA-2
Type-II BBO
DM
signal: 1.2~1.6 um Idl : 2.4 Idler 2 4 ~ 1.6 1 6 um
Pump 25 mJ
超连续高次谐波的产生
800 nm (30 fs) + 1300 nm (40 fs) I = 1.15x 1 15 1014 W/cm W/ 2 (IR : 15 %) Target gas : Ar
Two color One color
Experiment
Simulation
载波包络相位依赖特性
pump idl idler 1.8 um Type-I BBO delay 0.9 um
polarizer 0.8 um
Sapphire SPM
0.65—0.95 um
OCEAN 2000 spectrometer
filter
simulation
experiment
Lan, Takahashi, et al., PRA 82, 053413; Takahashi, Lan, et al., PRL 104, 233901（2010） Lan et al., PRA 81, 061802 （scaling law ）
千兆瓦级(GW)单阿秒脉冲产生
150 mJ, 800 nm 30fs Laser OPA 35 fs 1300 nm f=3.5 m
HHG splitter
4 mJ 11 mJ Gas cell Xe 10 cm
MCP CCD
f=4.5 m
E(t-Δ) BBO SHG delay
E(t)
Visible ~ MW/cm2 2-photon in XUV ~ TW/cm2
千兆瓦单阿秒脉冲脉宽的测量
800 nm
800 nm 800+1300
1.3fs
350±40as 800+1300(15‐23 eV)
6.7fs
800+1300(26‐35eV)
1.3 uJ, 2.6 GW
375±50as
500±50 as Nature Communication， 4， 2691 （2013）
Tow-color 20eV 30 eV, 500 as
3
总结与讨论
研究内容一：
阿秒泵浦-探测超快过程
30
strong-filed
15
?
Intensity ω<<Ip, Up> Ip ω~Ip, Up<< Ip Nonlinear optics e.g., SHG, …. high intensity VUV to soft x-ray
0
low intensity high energy collision
1 2 Intern clear distance (A)
Lan et al PRA 86, 013418 (2012) F k Furukawa, …, Lan L et t al., l OL 37, 2922 (2012)
ω>>Ip, Up<< Ip Photon energy
研究内容二：
相干X射线超快衍射、全息成像
“Potential for biomolecular imaging with femtosecond x-ray pulse”, Neutze et al., Nature 406, 752 (2000)
。