توليد الضوء اللاخطي والمتطرف
توليد التوافقيات العالية
من أكثر تطبيقات نبضات الفمتوثانية عالية الطاقة تطورًا عملية توليد التوافقيات العالية.
مقدمة المنتج
ما توليد التوافقيات العالية (HHG)؟
من أكثر تطبيقات نبضات الفمتوثانية عالية الطاقة تطورًا وإثارةً للاهتمام عملية توليد التوافقيات العالية (HHG). وبتركيز نبضات ليزر شديدة في هدف غازي يمكن توليد توافقيات أعلى رتبة بكثير مما تتيحه المواد اللاخطية الصلبة التقليدية، بحيث تمتد بعيدًا في نطاق الأشعة فوق البنفسجية القصوى (EUV) أو حتى الأشعة السينية اللينة. وفي الوقت نفسه، وبفضل عرض النطاق العريض والطول الموجي القصير، قد تبلغ النبضات الناتجة مقياس الأوتوثانية.
النموذج الثلاثي الخطوات
يمكن بوجه عام وصف عملية توليد التوافقيات العالية (HHG) بنموذج شبه كلاسيكي مبسّط ثلاثي الخطوات. أولًا، يكبت حقل ليزر شديد جهد كولوم للذرة مؤقتًا. ثم يمكن لحزمة موجية إلكترونية أن تنفذ نفقًا إلى المتصل وتتسارع بفعل حقل الليزر الدافع. وعندما ينعكس حقل الليزر الدافع تُسحب الحزمة الموجية الإلكترونية عائدة إلى اللب الذري لتتداخل مع الحزمة الموجية الإلكترونية المقيدة المتبقية في الحالة الأرضية للنظام. ويُسفر التداخل عن دفقة من فوتونات متماسكة بطاقات فوتونية تتراوح من عشرات إلى آلاف الإلكترون فولت (eV). ولأن هذه العملية تتكرر في كل نصف دورة من حقل الليزر، يؤدي التداخل بين النبضات المتتالية إلى توافقيات فردية عالية الرتبة للتردد الأساسي، وفي المجال الزمني إلى قطار نبضات أوتوثانية.
الشدات ومعدل التكرار
يتطلب توليد التوافقيات العالية (HHG) عادة شدات ليزر من رتبة 10¹⁴ W/cm² لتشويه جهد كولوم، بما يتيح للإلكترون أن ينفذ نفقًا إلى الخارج ويتسارع إلى طاقات عالية. ويُتوصَّل إلى مثل هذه الحقول عادة بأنظمة عالية القدرة الذروية، مثل أنظمة التضخيم البارامتري الضوئي للنبضة المُزاح ترددها (OPCPA). غير أن توليد التوافقيات العالية (HHG) قد أُثبت أيضًا باستخدام الإشعاع الأساسي المباشر من ليزرات الفمتوثانية CARBIDE وPHAROS. وتحظى مصادر الليزر القائمة على Yb باهتمام كبير بسبب معدلات تكرارها العالية. وقد اقتصر توليد التوافقيات العالية (HHG) تقليديًا على معدلات تكرار نبضي منخفضة لا تتجاوز بضعة كيلوهرتز. ويمكن لكثير من التطبيقات العلمية التي تستخدم توليد التوافقيات العالية (HHG) أن تستفيد من معدلات تكرار أعلى. فعلى سبيل المثال، يحد التحليل الطيفي للانبعاث الضوئي المحلول زمنيًا عدد الإلكترونات الضوئية المنبعثة لكل نبضة بفعل تأثيرات الشحنة، ولذلك لا يمكن تحسين الإحصاء إلا بالتشغيل عند معدلات تكرار أعلى. وقد أُبلغ عن توليد توافقيات عالية عند 100 kHz باستخدام ليزر الفمتوثانية PHAROS وتركيز إشعاعه في هندستي حجرة الغاز والشعيرة.
الأشعة فوق البنفسجية القصوى (EUV) المكتبية
تتيح الحلول المكتبية لتوليد ضوء الأشعة فوق البنفسجية القصوى (EUV) فائق السرعة وعالي معدل التكرار والمتماسك تجارب لم تكن ممكنة سابقًا إلا في منشآت السنكروترون واسعة النطاق. وتحسّن أنظمة الليزر المدمجة توافر مصادر توليد التوافقيات العالية (HHG) وموثوقيتها واستقرارها.
