利用暗自电离态增强极紫外激光器的作用

由国家科学研究院（INRS）的Tsuneyuki Ozaki和François Légaré教授领导的一个国际研究小组，已经开发出一种独特的方法来提高发射极紫外光脉冲的激光源的功率。新观察到的现象的基本机制涉及暗自电离状态通过与其他相关电子状态耦合的独特作用。

由于这项工作，研究小组将能够在飞秒时间尺度上研究单个暗自电离态的超快动力学，这在以前是不可能的，因为它不能进行单光子发射或吸收，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，他们的成果允许产生与先进的超快科学应用有关的超快极紫外光，如角度分辨的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普罗霍罗夫普通物理研究所的Vasily Strelkov教授和美国内布拉斯加大学林肯分校的研究助理Muhammad Ashiq Fareed教授合作完成的。

揭开暗自电离状态的神秘面纱
在Énergie Matériaux Télécommunications研究中心的实验室里，Tsuneyuki Ozaki和François Légaré教授与博士生Mangaljit Singh一起，一直在利用特殊类型的电子状态，即所谓的暗自电离状态。他们的工作是利用高阶谐波生成完成的，这是一种对激光物理学来说非常规的光学现象。

"这项研究的第一作者、博士生Mangaljit Singh说："新发表的结果不仅在理解暗自电离态在强烈的超快激光与物质相互作用下的行为方面向前迈进了一步，而且还将大规模同步辐射和自由电子激光设施中的强烈极紫外激光源引入中等规模的激光实验室。

激光物理学的基本原理所带来的许多限制限制了大多数用于医学、通信或工业的激光器。同样，它们往往只在紫外线、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光范围内的较短波长下工作。

最先进的系统采用商业上可用的主激光源，从惰性气体中产生高阶谐波，以开发相干极紫外光的二级来源。

在这项研究中，Singh和他的同事没有使用惰性气体，而是使用了激光烧蚀的羽流（从固体材料的激光烧蚀中获得）来进行高阶谐波的产生，与暗自电离状态的独特反应同步。

他们发现，在由主要激光参数和激光消融羽流中的原子和离子物种的电子结构所支配的某些共振条件下，转换效率，以及由此产生的极紫外激光源的功率被增强了十倍以上。这意味着，使用功率为典型惰性气体所需功率十分之一的主激光器可以获得相同的极紫外功率。

除了提供强烈的极紫外光源外，这项研究还首次展示了使用高次谐波光谱技术在飞秒时间尺度上研究暗自电离态的动态的前景。这种暗态可能是一些量子技术的基础，特别是在提高量子计算的性能方面。

更多信息

Mangaljit Singh et al, Ultrafast Resonant State Formation by the Coupling of Rydberg and Dark Autoionizing States, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.073201