高能量单阿秒脉冲光源产生、 控制及应用

高能量单阿秒脉冲光源产生、 控制及应用 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 控制及应用 兰鹏飞 2013 年10 月27 日报告内容 报告内容 1 1 个人简 个人简 历 历 主 主 要研究工作 要研究工作 2 与讨论 总结与讨论 3学习工作简历 2000 2000 - 2004 2004 : 华中科技大学 华中科技大学, 物理学院 物理学 院 ,学士 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 华中科技大学,国家光电实验室 国家光电实验 室 筹 筹 ,留校工作 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, 客座研究员主要科研工作 2 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 fd fundamenttall k knowTh The bi birth th of f mod dern sciience it itself lf iisit intiimattelly li link ked d t to the art of accurate measurements.ledge. ??? Theodor W. H?nsch zs as p ps fs -21 -18 -15 -12 10 s 10 s 10 s 10 s Femtochemistry: A.Zewail-18 目前飞秒激光驱动的高次谐波是从飞秒脉冲向 阿秒10 秒脉冲 转换 转换 , 突 突破秒 破 阿 秒 界限的 的 首要途径 首要途径 。 Driving pulse High intensity Gas Gas t target arget femtosecond femtosecond laser laser „„ 3 3 5 5 7 7 9 9 High harmonic generation 1.3 fs ti time 单阿秒脉 单阿秒脉 冲产生的 量子调控 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 12fs/800+1600 Year 谐 波 波 次数 Time optical cycle Log Int. 10 Time optical cycle Lan et al PRA 76, 011402 rapid communication Pulse durationfsAttosecon nd pulse Attosecon nd pulse 分子高次谐波和阿秒脉冲产生及控制 大核间距分子 大核间距分子 、 原子团簇 原子团簇 极性分子 异核复合 同核复合 同核复合 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-cy ycle p pulse 2 mJ tightly focusing, shot gas jet 1mm, Phase-matching of high harmonics High power IAP Requires : 红外双色场的优化: TW class driving laser 20mJ λ λ 800 800 nm nm, λ λ 300 300 ~ 1800 1800 nm nm Challenges Challenges: pl pulse se dr duration ation ~30 30fs fs 1 0 CEP un-stabilized E cos ω t+ φ +E cos ω t+ φ 0 0 0 1 1 1 5fs/800 30fs/800+1300 有效半光周期 有效半光周期 : ω ω / / ω ω - ω ω T T 0 0 0 1 800: 1.3 fs 800 800+ +1300 1300: : 6 6.7 7 fs fs Lan, Takahashi, Midorikawa, PRA 82, 053413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 switch pump 2 stages OPA signal signal 7 7 mJ J sil ignal CEP measurement 3 mJ idler f-2f: P-SPM+ I-SHG idler 40 fs / 10 Hz Pump 2 mJ Spatial filter OPA-1 BS TOPAS-C seed: 0.3 mJ signal: 1.2~1.6 um OPA-2 Idl Idler : 2 2.4 4 ~ 1 1.6 6 um Type-II BBO DM Pump 25 mJ超连续高次谐波的产生 800 nm 30 fs + 1300 nm 40 fs 14 14 2 2 II 1 1.15 15x 10 10 W/ W/cm IR IR : 15 15 % % Target gas : Ar Two color One color Experiment Experiment Simulation载波包络相位依赖特性 idl idler pump 1.8 um delay Type-I 0.9 um BBO polarizer 0.8 um OCEAN?2000 spectrometer 0.65?0.95 um Sapphire Sapphire filter filter SPM experiment simulation 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 HHG splitter f3.5 m 150 mJ, 800 4 mJ OPA 35 fs nm 1300 1300 nm nm 30fs Laser 11 mJ Gas cell Xe 10 cm f4.5 m MCP CCD Et- Δ BBO BBO SHG delay Et 2 Visible ~ MW/cm 2 2-photon in XUV ~ TW/cm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 800+130015 15?23 23?eV eV 800+130026?35eV 6.7fs 1.3 uJ, 2.6 GW 375 ?50as 500 ?50 as Nature Communication, 4, 2691 (2013)Tow-color 20eV 30 eV, 500 as总结与讨论 总结与讨论 3 3研究内容一: 阿秒泵浦-探测超快过程 30 strong-filed 15 150 low intensity 12 Intern clear distance A high energy Lan et al PRA 86, 013418 2012 Fk Furukawa, „, LLan ett all., ωI , U I p p p collision OL 37, 2922 2012 ω ω~ ~II , U U II p p p Nonlinear optics high intensity e.g., SHG, „. VUV to soft x-ray ωI , U I p p p Photon energy Intensity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