纳米结构使得从超强度激光脉冲开始记录高谐波产生

红外激光击中卤素磷化镓型

击中卤化镓磷化镓面孔的红外激光的例证,有效地产生均匀和奇数的高谐波产生。信用:Daniil Shilkin

康奈尔研究人员已经开发出纳米结构,使激光脉冲的转换为高谐波发电,为高分辨率成像的新科学工具铺平了途径,研究了在attosecond的规模处发生的物理过程 - 一秒钟的千分之一。

高谐波生成长期以来用于将光子与脉冲激光器合并成一个,超短的光子具有更高的能量,产生极端的紫外线和用于各种科学目的的X射线。传统上,气体已被用作谐波的来源,但由Gennady Shvets领导的研究团队,工程学院应用和工程物理学教授,已经表明,工程纳米结构对此应用具有光明的未来。

在2021年7月7日,本文详细介绍了“使用单一的超强激光脉冲的谐振元件中的偶数和奇数和奇次谐波,”自然通信。Maxim Shcherbakov将研究作为康奈尔博士后助理,然后成为加利福尼亚大学欧文的助理教授,是主要作者。

由团队产生的纳米结构构成超谐振镓 - 磷化磷脂表面,克服了与气体和其他固体中高谐波产生相关的许多通常的问题。磷化镓材料允许所有订单的谐波,而无需重吸收它们,并且专用结构可以与激光脉冲的整个光谱相互作用。

“使用全波模拟实现了实现了这种所需工程,”Shcherbakov说。“我们仔细地选择了磷化镓颗粒的参数以实现这种情况,然后采用自定义纳米制作流量来使其成为光线。”

结果是能够产生偶数和奇次谐波的纳米结构 - 大多数其他谐波材料的限制 - 覆盖1.3和3电子伏特之间的各种光子能量。破坏性转换效率使科学家能够在具有只有一个激光射击的材料内观察材料内的分子和电子动力学,帮助保护可能否则可以通过多个高功率射击降级的样品。

该研究是第一个观察来自单个激光脉冲的高谐波产生的辐射,这使得元表面耐受高功率 - 比以前所示的其他元件所示的五到10倍。

“它开辟了在超高速公路上学习物质的新机会,以前不容易访问的政权,”Shcherbakov说。“通过我们的方法,我们设想人们可以学习超越元件的材料,包括但不限于晶体,2D材料,单个原子,人造原子格子和其他量子系统。”

现在,研究团队已经证明了使用纳米结构进行高谐波产生的优点,希望通过将纳米结构堆叠在一起以更换固态源,例如晶体来改善高谐波装置和设施。

参考:“使用单一和多个超强激光脉冲的谐振元件中偶数和奇数高谐波的生成”由Maxim R. Shcherbakov,海中张张,迈克尔三脚精神,Giovanni Sartorello,Noah Talisa,Abdallah Alshafey,Zhiyuan Fan,Justin Twardowski,Leonid A. Krivitsky,Arseniy I. Kuznetsov,Enam Chowdhury和Gennady Shvets,2021年7月7日,自然通信
DOI:10.1038 / S41467-021-24450-9

共同作者包括康奈尔博士后研究人员志远粉丝和古娃甘尼·斯特罗罗,以及俄亥俄州州立大学的研究人员和新加坡材料研究与工程研究所。

该研究由海军研究办公室,康奈尔材料研究中心通过国家科学基金会的材料研究科学和工程中心计划,以及科学研究空军办公室。

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