康奈尔大学的研究人员开发出可将激光脉冲转换为高次谐波的纳米结构，为用于高分辨率成像和研究阿秒级物理过程的新科学工具铺平了道路。

长期以来，高次谐波产生被用于将脉冲激光器中的光子结合成具有更高能量的超短光子，以产生用于各种科学目的的极紫外光和X射线。传统上，气体被用作谐波的来源，但由工程学院应用和工程物理学教授 Gennady Shvets 领导的研究小组表明，工程纳米结构在这方面具有光明的前景。 .

这项研究的结果于 7 月 7 日发表在 Nature Communications 杂志上。论文的标题是“使用单个和多个超强激光脉冲在共振超表面上生成偶数和偶数和奇数高谐波”。使用单个和多个超强激光脉冲的谐振超表面中的奇高次谐波）。马克西姆·谢尔巴科夫（Maxim Shcherbakov）是这项研究的第一作者。在成为加州大学欧文分校的助理教授之前，谢尔巴科夫曾在康奈尔大学担任博士后助理并负责这项研究。

该团队创造的纳米结构构成了超薄共振磷化镓超表面，克服了气体和其他固体中产生高次谐波的许多常见问题。磷化镓材料可以产生所有阶次的谐波而不会被重吸收，这种特殊的结构可以与激光脉冲的整个光谱相互作用。

红外激光照射磷化镓表面，有效产生奇偶高次谐波。

Maxim Shcherbakov 说：“为了实现这一目标，我们需要使用全波模拟来设计超表面结构。” “我们仔细选择了磷化镓颗粒的参数。为了满足这个条件，然后通过定制的纳米制造工艺将其曝光。”

结果是纳米结构可以产生偶次谐波和奇次谐波——这是大多数其他谐波材料的局限性。这种纳米结构可以覆盖范围很广的光子能量，介于 1.3-3 电子伏特之间。

这种破纪录的转换效率使科学家能够仅用一次激光照射就观察材料中的分子和电子动力学，这有助于保存可能因多次高能照射而降解的样品。

这项研究是首次观察到由单个激光脉冲产生的高次谐波辐射，这使超表面能够承受比之前在其他超表面上显示的高 5-10 倍的高功率。

Schcherbakov 说：“这为研究超高磁场中的物质提供了新的机会，这在以前是不容易实现的。” “通过我们的方法，我们设想人们可以研究超表面。其他材料，包括但不限于晶体、二维材料、单原子、人造原子晶格和其他量子系统。”

目前，在展示了使用纳米结构产生高次谐波的优势后，他们希望通过堆叠纳米结构来替代晶体等固态源，以改进高次谐波器件和设施。

文章来源：《红外与激光工程》 网址: http://www.hwyjggczzs.cn/zonghexinwen/2021/0818/585.html