利用暗自电离态增强极紫外激光

由国家科学研究研究所(INRS)的Tsuneyuki Ozaki教授和François Légaré教授领导的国际研究小组开发了一种独特的方法来增强发射极紫外光脉冲的激光源的功率。新观察到的现象的潜在机制涉及暗自电离态通过与其他相关电子态耦合的独特作用。

由于这项工作，该团队将能够在飞秒时间尺度上研究单个暗自电离状态的超快动力学，这在以前是不可能的，因为它无法进行单光子发射或吸收，再加上这些状态的超短寿命。

最近发表在《物理评论快报》杂志上，他们的结果允许产生与高级超快科学应用相关的超快极紫外光，如角度分辨光发射光谱和光发射电子显微镜。

这项工作是与俄罗斯科学院Prokhorov普通物理研究所的Vasily Strelkov教授和美国内布拉斯加大学林肯分校的研究助理教授Muhammad Ashiq Fareed合作完成的。

揭开黑暗自电离状态的奥秘

在Énergie Matériaux Télécommunications研究中心的实验室中，Tsuneyuki Ozaki教授和François Légaré教授以及博士生Mangaljit Singh一直在研究特殊类型的电子状态，称为暗自电离状态。他们的工作是使用高次谐波产生完成的，这是一种与激光物理学非常规的光学现象。

“新发表的结果不仅在理解强烈的超快激光物质相互作用下暗自电离态的行为方面向前迈出了一步，而且在将来自大规模同步加速器和自由电子激光设施的强极紫外激光源引入中等规模的激光实验室方面，”博士生Mangaljit Singh说，该研究的第一作者。

激光物理学基础施加的许多限制限制了医学、通信或工业中使用的大多数激光器。同样，它们往往仅在紫外线、可见光(从紫色到红色)或不可见的近红外和中红外波长范围内工作。然而，许多先进的科学应用要求激光器在极紫外范围内的较短波长下工作。

最先进的系统采用市售的一次激光源，从惰性气体中产生高次谐波，以开发相干极紫外光的二次光源。

在这项研究中，Singh及其同事使用激光消融羽流(从固体材料的激光烧蚀中获得)代替惰性气体，用于高次谐波产生，与暗自电离状态的独特响应同步。

他们发现，在由激光烧蚀羽流中原子和离子物质的初级激光参数和电子结构控制的某些共振条件下，极紫外激光源的转换效率以及功率提高了十倍以上。这意味着使用主激光器可以获得相同的极紫外功率，其功率是典型惰性气体所需功率的十分之一。

除了提供强烈的极紫外光源外，本研究还首次展示了利用高谐波光谱技术研究飞秒时间尺度上暗自电离态动力学的前景。这种暗态可能是几种量子技术的基础，特别是在提高量子计算性能方面。