近日，南京理工大學(xué)應(yīng)用物理系金成教授在利用兩色激光調(diào)控高次諧波光譜的研究中取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表在物理1區(qū)期刊《Photonics Research》上，題目為“Control of soft X-ray high harmonic spectrum by using two-color laser pulses”（https://doi.org/10.1364/PRJ.6.000434）。金成教授為該論文的第一\通訊作者，合作單位為美國(guó)堪薩斯州立大學(xué)。

高次諧波是由超快飛秒（10-15秒）激光與氣體或固體相互作用產(chǎn)生的，頻率為基頻光幾十倍、幾百倍，甚至上千倍的光，其波長(zhǎng)覆蓋了從極紫外（XUV）到X射線的波段，可用來(lái)產(chǎn)生阿秒（10-18秒）脈沖，是高分辨率生物成像和探測(cè)原子、分子內(nèi)部電子的動(dòng)力學(xué)行為以及材料表面超快動(dòng)力學(xué)等微觀過(guò)程的重要工具。在工業(yè)和科學(xué)應(yīng)用中，通常是用不同材料制造的濾光片來(lái)選擇所需要的特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的高次諧波光源，然而這種方法在軟X射線波段范圍內(nèi)的應(yīng)用中受到了濾光片材料制備和選取上的強(qiáng)烈限制。金成教授在研究中，提出了一種不依賴于濾光片，而是利用兩色激光來(lái)調(diào)節(jié)高次諧波產(chǎn)生過(guò)程中的相位不匹配，從而達(dá)到控制其光譜結(jié)構(gòu)的有效方法。研究發(fā)現(xiàn)，軟X射線高次諧波光譜可以在適當(dāng)?shù)臍怏w靶長(zhǎng)度和氣壓組合下被抑制（如上圖所示），等離子體、介質(zhì)色散和激光束相位共同作用下的高次諧波相位不匹配機(jī)制在其中起到了關(guān)鍵作用，并且軟X射線高次諧波被抑制的程度和光譜范圍都可以通過(guò)調(diào)節(jié)氣體密度來(lái)控制。這一研究成果為軟X射線范圍內(nèi)阿秒光源的應(yīng)用奠定了重要基礎(chǔ)。

金成教授還在高次諧波光譜截止能量拓展的研究中取得了新進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表在物理1區(qū)期刊《Optica》上，題目為“Extended phase matching of high harmonic generation by plasma-induced defocusing”（https://doi.org/10.1364/OPTICA.4.000976）。金成教授為該論文的共同通訊作者，合作單位包括臺(tái)灣國(guó)立清華大學(xué)和美國(guó)堪薩斯州立大學(xué)。

高次諧波作為一種新型光源，如何有效的拓寬它的波段范圍是學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。然而，由臨界電離幾率所決定的驅(qū)動(dòng)激光與高次諧波場(chǎng)之間的相位匹配限制了高次諧波光譜的截止能量。金成教授與臺(tái)灣國(guó)立清華大學(xué)陳明彰（Ming-Chang Chen）實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)合作，提出了在高氣壓、短氣體介質(zhì)條件下，通過(guò)光圈來(lái)改變?nèi)肷浼す馐目臻g分布，并利用等離子體作用下驅(qū)動(dòng)激光的散焦效應(yīng)來(lái)調(diào)整截止能量附近的相位匹配條件的方法，從而將氬氣與800 nm 激光相互作用產(chǎn)生的高次諧波截止能量由50 eV 左右拓展到70 eV 左右（如上圖所示）。這種新的相位匹配機(jī)制被命名為散焦輔助相位匹配（defocusing-assisted phase matching -- DAPM）。這一研究成果也為改善X射線波段范圍內(nèi)高次諧波光源的強(qiáng)度提供了可行方案。

上述兩項(xiàng)研究工作得到了江蘇特聘教授、國(guó)家“青年-”人才項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金（11774175）、南京理工大學(xué)自主科研項(xiàng)目（30916011207）的資助。