极紫外光学频率梳的研制

来源 :中国科学院大学(中国科学院精密测量科学与技术创新研究院) | 被引量 : 0次 | 上传用户:rgr
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
极紫外光学频率梳(以下简称“极紫外光梳”)不仅是精密测量物理领域不可或缺的工具,它的诞生也为强场超快科学领域的相关研究带来了新的契机。在精密测量物理领域,利用极紫外光梳可以开展类氢或类氦离子的1S→2S跃迁的精密光谱测量(如He+的1S-2S跃迁位于60.8nm,Li+的1S-2S跃迁位于41nm),有助于在更高精度上检验束缚态量子电动力学理论;而基于钍-229原子核能级跃迁的精密光谱测量(位于150nm附近),将为新一代时钟——“原子核钟”的实现奠定基础。在强场超快科学领域,利用极紫外光梳平台开展极高重复频率下的强场物理实验,能够大大提高实验信噪比与采样率,为研究以往受信噪比限制而难以观察到的强场物理效应提供便利。例如,利用极紫外光梳平台开展的角度分辨的光电子能谱测量(ARPES),不仅有助于将时间分辨率提高到阿秒量级,还可以缓解空间电荷效应的影响,有效提高实验信噪比;此外,基于极紫外光梳平台的阿秒脉冲产生,可以为下一步实现兆赫兹以及更高重复频率的阿秒瞬态吸收实验奠定良好的基础。鉴于此,我们自主设计并建立起国内首台极紫外光学频率梳,旨在开展极紫外波段的精密光谱测量以及高重复频率下的强场超快科学研究,主要工作成果包括:1.千瓦级飞秒共振腔的研制。由于缺乏合适的激光增益介质,极紫外光梳需要通过高次谐波辐射过程实现光梳波长从红外到极紫外的转化。高次谐波辐射过程所需求的峰值光强很高(>1013 W/cm2),而目前商用红外光梳的单脉冲能量普遍较低(<1μJ),因此我们搭建了一台飞秒共振腔来实现红外驱动光梳的放大。实验上,我们优化了飞秒共振腔的模式匹配,并且通过Pound-Drever-Hall(PDH)技术实现了腔长的精确锁定,锁定时间超过一小时。当入射光功率为27W时,我们实现腔内平均功率达到6.08kW,对应增强倍数为225倍。我们估算了腔内焦点处的峰值功率密度约为4.8 × 1013W/cm2,该结果已经达到高次谐波辐射过程所需的光强。2.极紫外光学频率梳的实现。通过结合飞秒共振腔技术与高次谐波辐射过程,我们实现了光梳波长从红外到极紫外的转化。当氙气作为高次谐波辐射过程的工作介质被注入到腔内焦点处时,我们观察到了最高19阶谐波(波长约55nm)的产生,并测得产生的11阶谐波(约94nm处)功率为115.9μW,对应的谐波产生效率约为2.5 × 10-8。通过三次谐波的光学外差拍频实验,我们证实了产生的高次谐波具有良好的时间相干性。以上实验结果表明,我们搭建的这台极紫外光梳已具备开展原子分子精密光谱测量的潜力。3.高重复频率条件下氮气分子辐射机理研究。利用极紫外光梳平台,我们进行了 100MHz重复频率下氮气分子337nm辐射机理的研究。通过研究337nm辐射的强度随氮气流量和驱动光偏振的变化关系,我们讨论了氮分子激发三重态(C3Πu态)的激发机制。我们的结果排除了解离再结合机制是C3Π-u态布居的主要途径,并且认为在我们的实验条件下,非弹性碰撞激发过程是C3Πu态布居最有可能的路径。另外,我们还讨论了飞秒共振腔中产生的稳态的等离子体对C3Πu态布居的影响。综上所述,我们在实验室搭建的这台极紫外光梳,不仅已经具备开展精密光谱测量实验的潜力,并且能够在前所未有的高重复频率下研究强场超快科学问题,在许多基础物理前沿研究领域中都具有广阔的应用前景。
其他文献
学位
学位
《义务教育美术课程标准(2011年版)》提出:"教师应广泛利用美术馆、图书馆、博物馆、艺术家工作室、艺术作坊、动植物园、公园、游乐场、商店、社区、村庄等校外的课程资源,开展多种形式的美术教育活动。"美术教师要拓展校外美术教育资源,引领学生在更广阔的社会空间感知作为文化载体的美术,在实践情境中培养学生的审美能力,涵养学生的人文精神。以博物馆为例,作为传承文明、彰显厚重文化的公共教育场所,
期刊
奇点大学是美国先进的企业家学校,也是受全球关注和效仿的企业教育标杆,它旨在解决人类面临的重大挑战。目前,奇点大学的创新课程项目将过去面向个人、创业公司、企业三大类改为面向个人和组织两类。通过对奇点大学创新课程项目的课程理念、课程内容、课程主客体、教学方式、课程结果等方面的具体研究,总结其课程项目体系的先进性、系统性、全球性、多样性等特色和优势,揭示美国企业家学校何以成功的内在逻辑。对美国奇点大学与
科学技术发展到今天,它们之间的互动共进已经成为研究开发活动的一个重要特征,而互动的结果一方面缩短了科学转化为技术应用的进程,另一方面伴随着原始技术创新,必然推动科学问题的破解。这种科学与技术互动共进的发展特征在研发活动的成果文献呈现方式上表现出越来越强的期刊论文和专利的关联。即同时期出现一定数量的相同前沿主题的论文与专利,其中更为密切的关联是专利引用了论文,甚至论文作者和专利发明人是同一个人。这提
学位
核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)现象自上世纪发现以来,在分析化学、生命科学以及医学诊断领域受到了广泛应用。目前磁共振最常见的应用场景分别是成像和波谱。磁共振成像是一种非侵入、无电离辐射的临床成像手段,能获得多对比度的图像,在临床诊断中发挥了重要作用。磁共振波谱是一种常用的化学、代谢组学分析手段,能提供丰富的化学结构和代谢动力学信息。近年来,深度学习方法被成功