暗い自動イオン化状態を利用して極紫外線レーザーを強化

2023年3月30日

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国立科学研究研究所 - INRS による

国立科学研究所（INRS）の尾崎常之教授とフランソワ・レガレ教授が率いる国際研究チームは、極紫外光パルスを放射するレーザー源の出力を強化する独自の方法を開発した。 新たに観察された現象の根底にあるメカニズムには、他の関連する電子状態との結合による暗自動イオン化状態の独特の役割が関与しています。

この研究のおかげで、チームはフェムト秒のタイムスケールで単一の暗い自己電離状態の超高速ダイナミクスを研究できるようになります。これは、単一光子の放出または吸収が不可能であり、これらの超短い寿命と組み合わせることで、以前は不可能でした。州。

最近『Physical Review Letters』誌に発表されたその結果により、角度分解光電子分光法や光電子電子顕微鏡などの高度な超高速科学アプリケーションに関連する超高速極紫外光の生成が可能になります。

この研究は、ロシア科学アカデミーのプロホロフ一般物理学研究所のヴァシリー・ストレルコフ教授、および米国ネブラスカ大学リンカーン校のムハマド・アシック・ファリード研究助教授と共同で行われた。

エネルジー マテリオ テレコミュニケーション研究センターの研究室では、尾崎常之教授とフランソワ レガレ教授、そして博士号が授与されています。 学生のマンガルジット・シンは、暗黒自動イオン化状態として知られる特殊なタイプの電子状態を悪用してきました。 彼らの研究は、レーザー物理学では型破りな光学現象である高次高調波の生成を使用して達成されました。

「新しく発表された結果は、強力な超高速レーザーと物質の相互作用下での暗い自動イオン化状態の挙動を理解する上での一歩前進であるだけでなく、大規模なシンクロトロンおよび自由電子レーザー施設からの強力な極紫外レーザー源を宇宙にもたらす上でも前進です。中規模のレーザー研究所です」と博士は言います。 学生のマンガルジット・シン、研究の筆頭著者。

レーザー物理学の基礎によって課せられる多くの制限により、医療、通信、または産業で使用されるほとんどのレーザーが制限されます。 同様に、それらは紫外、可視（紫から赤）、または目に見えない近赤外および中赤外の波長範囲でのみ動作する傾向があります。 ただし、多くの高度な科学用途では、レーザーが極紫外線範囲のより短い波長で動作する必要があります。

最先端のシステムでは、希ガスから高次高調波を生成する市販の一次レーザー光源を使用して、コヒーレント極紫外光の二次光源を開発します。

この研究では、シンらは希ガスの代わりに、レーザーアブレーションプルーム（固体材料のレーザーアブレーションから得られる）を使用して、暗自動電離状態の独特の応答と同期して高次高調波を生成した。

彼らは、一次レーザーパラメータとレーザーアブレーションプルーム内の原子およびイオン種の電子構造によって支配される特定の共鳴条件下では、変換効率、したがって極紫外線レーザー源の出力が 10 倍以上向上することを発見しました。回。 これは、一般的な希ガスに必要な出力の 10 分の 1 の出力を持つ一次レーザーを使用して、同じ極端紫外出力が得られることを意味します。

この研究は、強力な極端紫外光源を提供することに加えて、高調波分光法の技術を使用して、フェムト秒のタイムスケールで暗い自己電離状態のダイナミクスを研究する見通しも初めて示しています。 このようなダーク状態は、特に量子計算のパフォーマンス向上において、いくつかの量子技術の基礎となる可能性があります。

詳しくは： Mangaljit Singh et al、「Rydberg と Dark Autoionizing States のカップリングによる超高速共鳴状態の形成」、Physical Review Letters (2023)。 DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.073201

雑誌情報:物理的なレビューレター

提供：国立科学研究研究所 - INRS