近日，我校理学院金成教授团队在气体高次谐波研究领域取得新进展，发现超短激光脉冲的聚焦效应对高次谐波的相位匹配有调制作用，相关成果发表在著名期刊Optics Letters上，其中南京理工大学为第一完成单位，理学院博士生唐翔宇为第一作者，金成教授为通讯作者，合作者包括美国堪萨斯州立大学C. D. Lin教授。论文题目为《Role of the Porras factor in phase matching of high-order harmonic generation driven by focused few-cycle laser pulses》。(文章链接：https://doi.org/10.1364/OL.494201 )
随着激光脉冲压缩技术的发展，目前实验上已能够产生高功率、高强度的近红外至中红外波段范围的超短飞秒激光，其半高全宽持续时间可达单个光学周期。对于持续时间短的激光脉冲，由于其频谱覆盖范围广，且不同的频率成分具有独立的空间传播特性，经过聚焦后会在焦点附近呈现出显著的时空耦合效应，体现为激光脉冲电场的载波频率（carrier frequency, CF）和载波包络相位（carrier envelope phase, CEP）随着空间位置发生变化，可通过Porras factor来表征。
图1 (a) 超短激光脉冲聚焦产生高次谐波的示意图，红、绿线分别表示激光的不同频率成分在空间中的传播；(b) 不同Porras factor g时束腰半径随频率的变化；(c) 聚焦前后激光电场的波形
在高次谐波产生过程中，良好的相位匹配是有效产生高次谐波的条件之一。在该项工作中，金成教授团队研究了超短脉冲激光与稀有气体原子相互作用产生高次谐波时，Porras factor在相位匹配中的作用。利用非绝热的相位匹配模型，发现在低气压条件下，影响相位匹配条件的主要因素是由Porras factor决定的诱导偶极相位项。在Porras factor在数值为正的情况下可实现较好的相位匹配，有利于谐波的有效产生；反正，数值为负的Porras factor不利于实现相位匹配。在高气压的条件下，由等离子体色散引起的散焦效应会减弱Porras factor在相位匹配中的作用，使得不同的Porras factor下的相位匹配条件相近。
图2 不同Porras factor下(a), (d)气体介质入口和出口处的驱动光电场；(b),(e)几何相位、中性原子色散、等离子体色散和载波频率变化导致驱动激光电场在时间上的变化；(c),(f) 相位失配量以及相干长度
该工作得到了国家自然科学基金 （12274230, 12204238, 11834004）、南京理工大学基金（TSXK2022D005）、江苏省研究生科研与实践创新计划项目（KYCX22_0418）、江苏省自然科学基金（BK20220925）、国际交流合作处等相关部门的支持。
