激光的發(fā)明開啟了非線性光學(xué)時(shí)代，如今非線性光學(xué)在許多科學(xué)、工業(yè)和醫(yī)療應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用，這些應(yīng)用都受益于可見光范圍內(nèi)緊湊型激光器的成功。然而，對(duì)于極紫外波長（XUV）來說，只能通過超大型設(shè)施（即自由電子激光器）來產(chǎn)生強(qiáng)烈的XUV脈沖，雖然經(jīng)過科學(xué)家的研究，已經(jīng)開發(fā)了小型的XUV激光器，但其尺寸仍然達(dá)到了數(shù)十米量級(jí)，并且僅安置在少數(shù)的大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)中。

新型強(qiáng)極紫外激光器原理示意圖

https://doi.org/10.1364/OPTICA.421564

為了縮小XUV激光器的體積，并使其更為普遍化，來自Max Born Institute（德國柏林）、ELI-ALPS（匈牙利塞格德）和INCDTIM（Cluj-Napoca，羅馬尼亞）的一組研究人員提出了通過高次諧波產(chǎn)生(HHG)實(shí)現(xiàn)XUV激光器的新概念，它的優(yōu)勢(shì)在于占地面積比目前現(xiàn)有的強(qiáng)XUV激光器小得多，且方案簡單可以在全球大部分實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行安置，其相關(guān)內(nèi)容已發(fā)布在Optica中。

為了獲得高強(qiáng)度的XUV脈沖，通常是通過近紅外（NIR）激光器生成一個(gè)非常大的焦點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)，這就需要大型的實(shí)驗(yàn)室。Max Born Institute的研究人員已經(jīng)證明，可以在2 m長的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的XUV激光器，為了實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，他們沒有在NIR驅(qū)動(dòng)激光器的焦點(diǎn)處產(chǎn)生XUV光，而是在離NIR激光焦點(diǎn)相對(duì)較遠(yuǎn)的地方放置了一個(gè)非常密集的原子射流。這邊使得射流位置處的NIR光束很大，可以產(chǎn)生較多的XUV光子；雖然產(chǎn)生的XUV光束發(fā)散度較大，但可以將其聚焦為小尺寸的光斑。大量的XUV光子和小尺寸的XUV光斑結(jié)合，便可以產(chǎn)生強(qiáng)烈的XUV激光脈沖。

最后為了證明這一方法的可行性，研究人員利用氬原子的多光子電離實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度的XUV激光脈沖輻射，其強(qiáng)度達(dá)到了2×1014  W/cm2，已經(jīng)超過了許多現(xiàn)有的XUV光源。這種新型的XUV激光器不僅占地面積小且發(fā)射強(qiáng)度高，可以克服現(xiàn)有激光器穩(wěn)定性的限制，且能夠普遍適用于其他實(shí)驗(yàn)室，未來可以對(duì)納米級(jí)生物成像、阿秒探針光譜學(xué)和非線性光學(xué)等領(lǐng)域產(chǎn)生重要的影響。