ПРИНЦИПЫ ЛАЗЕРОВ

ГЕНЕРАЦИЯ ГАРМОНИК БОЛЕЕ ВЫСОКОГО ПОРЯДКА И АТТОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ

Когда интенсивный короткий световой импульс фокусируется в газовую среду, электронный отклик среды становится высоко нелинейным, и могут генерироваться крайне высокие гармоники соответствующей лазерной час­тоты.1 В настоящее время генерация гармоник высокого порядка (ГГВП) [35, 36] является широко используемой методикой получения когерентного излучения в диапазоне вакуумного ультрафиолета (ВУФ).

Уникальные свойства излучения этих гармоник открыли путь для новых применений в атомной и молекулярной спектроскопии, в физике твердого тела и плазмы, с широкой областью применений в диагностике плазмы и материалов, литографии, получении изображений с высоким разрешением, биологической микроскопии, нелинейной оптике ВУФ-диапазона и аттосе - кундной физике.

Типичный спектр высоких гармоник характеризуется некоторым паде­нием на два или три порядка величины интенсивности от 3-й до 7-й или 9-й гармоник, за которыми следует плато, в котором интенсивности остают­ся приблизительно постоянными. Эта область простирается до гармоник по­рядка нескольких сотен и оканчивается резким спадом, как показано на рис. 12.18. По причине симметрии генерируются только нечетные гармони­ки основной частоты. В центросимметричной среде (такой как газ) прило­женное поле вызывает соответствующую нелинейную поляризацию, кото­рая и является источником испускания гармоник. Поэтому, рассматривая разложение в ряд членов нелинейной поляризации от членов поля началь­ной волны, можно видеть, что здесь присутствуют лишь нечетные члены, которые проявляются в излучении гармоник. О первом экспериментальном

1 Материал любезно предоставлен Мауро Низоли, Физический факультет Миланской по­литехнической школы, Италия.

Общие спектральные характеристики типичного спектра высших гармоник:

Генерируются только нечетные гармо­ники лазерного излучения.

0)

(2п+1)со0

Наблюдении плато при генерации гармоник высокого порядка сообщили Мак Ферсон (McPherson) и Феррэй (Ferray) в конце 1980 гг. Область плато в спектре гармоник простиралась от УФ-диапазона до мягкого рентгена.

В 2004 г. когерентное излучение диапазона мягкого рентгена вплоть до энергий фотонов в 700 эВ было получено при фокусировании лазерных им­пульсов ближнего ИК-диапазона с энергией в несколько мДж и длительно­стью 10 фс в газовую струю гелия. Это открыло пути для разработки ком­пактного рентгеновского микроскопа, предназначенного для изучения био­логических и биохимических образцов in vivo.

В дальнейшем мы обсудим полуклассическую модель генерации гармо­ник высоких порядков, которую предложили Куландер (Kulander et al.) и Коркум (Corkum), и которая описывает основные физические процессы, при­водящие к испусканию гармоник. Затем будут проанализированы эффекты фазового согласования и макроскопические эффекты генерации гармоник высокого порядка. Наконец, будет проанализирована генерация аттосекунд - ных импульсов, которые получаются в результате генерации гармоник вы­сокого порядка. Это является самым впечатляющим и значительным приме­нением генерации гармоник.