Investigation on efficiency and characteristics of high-order harmonics generated in a two-color laser field

Abstract

기본 레이저장과 이차조화파로 이루어진 이색 레이저장에서 헬륨으로부터 발생하는 고차조화파에 대해 조사하였다. 고차조화파는 매우 짧은 펄스폭과 우수한 공간적 결맞음을 가진 고유의 광원으로, 그 발생 효율을 높이기 위한 다양한 노력들이 이어져왔고, 그 중에서 이색 고차조화파가 매우 유효한 결과를 가져왔다. 우리는 그로부터 더 나아가, 추가적인 아르곤 기체를 헬륨 기체 앞에 두는 방법을 제안하였다. 이를 통해 가장 강한 세기를 가진 34차 조화파의 경우 2.5 배 이상의 효율 향상을 획득하였다. 이어서 아르곤을 통과한 직후의 기본 레이저장과 이차조화파의 빔 단면형을 측정하였고, 평탄해지면서 넓어진 빔 단면형으로 향상된 결과를 설명할 수 있었다. 또한, 그와 동시에 스펙트럼의 선예도가 향상되는 결과를 얻었으며, 이것은 XUV 현미경과 홀로그래피와 같은 응용실험에 유용할 것이다.

이색 고차조화파의 공간적 특성을 조사하였다. 우리는 XUV 분광기 내의 토로이드형 거울을 원통형거울로 교체함으로써, 발산하는 이색 고차조화파의 스펙트럼 이미지를 측정하였다. 이를 위해 레이저 펄스의 첩과 편광 그리고 다른 기하학적인 조건들도 조절하였다. 핀홀을 이용한 후속조절효과로 인한 각 차수들의 특성 변화를 측정하였다. 특히 수평한 편광을 가진 이색 레이저장에서 발생한 고차조화파가 특이한 결과를 보였다. 첩이 없는 레이저 펄스를 이용한 경우에, 수직한 편광인 경우보다 훨씬 긴 컷오프 차수가 나타났으며 빔 경로축상에 놓여있는 차수들과 경로축에서 벗어나 있는 차수들이 공간상에서 나눠져 있는 것을 확인하였다. 특히 경로축 상에는 강하지만 저차조화파로 제한되었고, 경로축을 벗어난 차수들은 약하지만 더 높은 최고차수를 보였다. 나타난 결과는 두 양자경로의 기여도와 각 경로의 시공간상 특성을 통해 이해할 수 있었다. 이와 같이 이색레이저장에서 발생하는 고차조화파에 대한 이해를 통해, 더 확장된 이색 고차조화파의 응용이 가능할 것이라 기대한다.

800 nm 의 기본레이저장과 광매개변수증폭을 통해 발생한 중적외선으로 이루어진 이색 레이저장을 이용한 고차조화파에 대해 탐구하였다. 우리는 이색 레이저장에 중적외선을 이용함으로써 13 nm 와 같이 짧은 파장영역에서 높은 세기를 갖는 고차조화파의 발생을 기대하였다. 광매개변수증폭의 출력이 충분하지 않아 고차조화파의 세기는 높지 않았으나, 중적외선을 이용한 강한 이색 고차조화파의 가능성을 확인할 수 있었다. 이후 우리는 기본레이저장과 이차조화파, 중적외선 레이저 펄스들의 합성을 통해, 아토초 물리부터 초고속 현미경에 이르는 고차조화파의 응용가능성을 넓힐 수 있을 것이다.