用强场中的高次谐波标定单色仪

　　1　引　言

　　近几年来,由于超短超强激光技术的飞速发展,谐波辐射的研究已经发生了质的飞跃[1,2]。现在,聚焦后的激光功率密度已经达到甚至超过,为研究超强激光场中原子的非微扰行为提供了强有力的技术手段。高次谐波的产生是获得相干的极紫外(XUV)和X射线辐射的主要途径,也是最有前途的途径之一。本文的研究是利用目前强场中产生的高次谐波相对标定单色仪。

　　2　单色仪的初步标定

　　我们采用的分光装置是美国Acton公司生产的VSN-515型0.5m真空紫外单色仪,单色仪的结构示意图如图1。单色仪入射狭缝和出射狭缝的宽度由5μm～3mm可调,在真空室处于真空条件下,可通过狭缝处的测微计精确地调节狭缝的宽度;狭缝的高度由1mm～20mm可调。当单色仪狭缝的宽和高分别为10μm和4mm时,在121.6nm处的分辨率为0.05nm。单色仪测量的波长范围依据所选的光栅,可由超真空紫外(小于30nm)到红外。此单色仪共配有三块线数分别为1200G/mm、450G/mm、600G/mm的镀铱光栅,闪耀波长分别为70nm、200nm、150nm。

　　我们在实验中所选用光栅的闪耀波长为70nm,该光栅所能测量的最短波长标称值为30nm。单色仪的步进电机扫描驱动器,可驱动光栅沿波长增大的方向或波长减小的方向对所测波长进行扫描。通过数字式的波长显示器,可直接读出以0.1nm为单位的波长的数值,精确度可达±0.1nm。在研究基于OFI的氮X射线辐射谱的实验中[10],我们已经对其进行了初步标定,标定结果为:单色仪读数为686.8(68.68nm)的位置对应的谱线波长为68.57nm。

　　3　用高次谐波标定单色仪

　　实验中用于产生高次谐波的超短脉冲、超高功率强激光场的激光系统是美国光谱物理公司激光脉冲宽度为飞秒量级(s)的掺钛蓝宝石(Titani-um-Doped-Sapphire)飞秒激光系统。它的激光输出是光束直径为26mm,脉冲能量约为6mJ,激光脉冲的重复频率为10Hz,脉冲宽度为105fs,中心波长为795nm。实验中所用的惰性气体为氪气。由谐波理论,可以算出氪原子产生N次高次谐波发射的波长,如图2所示,横坐标是谐波发射的波长,纵坐标是定值0.18,目的是与实验结果进行比较。图中标出的是5次到21次谐波。图3是实验测得的高次谐波辐射。图4是理论与实验相比较。

　　由图4可知:理论计算的结果与实验符合的很好,这充分说明单色仪的数字式波长显示器直接读出以0.1nm为单位的波长数值与实际的射线辐射波长值符合的很好,因此,通过用高次谐波标定单色仪,我们可以进一步确定实际的射线辐射波长值。值得注意的是,每次对射线辐射测量时,光栅必须从波长短向波长长的方向进行扫描,否则会出现由于单色仪驱动光栅转动的步进电机向不同方向转动引起的误差。如果光栅从波长长向波长短的方向进行扫描,此时单色仪的数字式波长显示器的读数与实际的射线辐射波长值之间有误差。