40年前，科學(xué)家用皮秒激光電離氣體首次觀測(cè)到高次諧波（High-harmonic generation，HHG），從而將激光拓展到真空/極紫外，甚至軟X射線波段。作為產(chǎn)生相干X光的重要手段，眾多國際科研機(jī)構(gòu)數(shù)十年來持續(xù)致力于高次諧波技術(shù)的研究，這為阿秒物理提供了前所未有的方法學(xué)支持。 

首次實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到高次諧波后，人們不斷嘗試用固體取代氣體，這不僅是為了開發(fā)全固態(tài)高通量極紫外相干光源，更是為了實(shí)現(xiàn)固體中的布洛赫振蕩（Bloch Oscillations），為理解固體內(nèi)在結(jié)構(gòu)及能帶間和能帶內(nèi)的超快動(dòng)力學(xué)過程提供最直觀的觀測(cè)手段。但受限于驅(qū)動(dòng)激光和固體能帶特性，固體材料很容易被強(qiáng)激光破壞，因此固體高次諧波的產(chǎn)生是一項(xiàng)很有難度的工作，特別是利用脈沖寬度僅數(shù)飛秒的少周期激光，更具挑戰(zhàn)性。近年來，隨著單周期和亞周期極端光場(chǎng)調(diào)控技術(shù)的不斷突破，許多理論工作都預(yù)言固體高次諧波將為眾多材料的超快動(dòng)力學(xué)探測(cè)以及穩(wěn)定高效阿秒脈沖的產(chǎn)生提供全新研究手段，固體高次諧波產(chǎn)生技術(shù)再度受到關(guān)注。

中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心HX-L07研究組長期致力于少周期極端光場(chǎng)產(chǎn)生及調(diào)控研究，曾先后在多類惰性氣體及固體中產(chǎn)生了高次諧波。近日，該研究團(tuán)隊(duì)在前期工作的基礎(chǔ)上，利用超倍頻程超連續(xù)光譜相干合成技術(shù)，開展了合成光場(chǎng)調(diào)控固體高次諧波的研究，不僅在優(yōu)化延時(shí)的條件下獲得了3.6 fs、0.75 mJ的高能量近單周期極端光場(chǎng)，而且觀察到高次諧波的增強(qiáng)效應(yīng)，拓展了高次諧波截止區(qū)的光子能量（圖2）。該工作有效提高了真空紫外輸出的光通量，展現(xiàn)了其在強(qiáng)場(chǎng)超快科學(xué)研究領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景，并有望為寬調(diào)諧高分辨真空紫外角分辨光電子能譜儀提供高品質(zhì)光源。相關(guān)成果以O(shè)ptimal generation of delay-controlled few-cycle pulses for high harmonic generation in solids為題發(fā)表在Applied Physics Letters上。

圖1.高次諧波產(chǎn)生單元真空腔體內(nèi)局部結(jié)構(gòu)

圖2.光場(chǎng)調(diào)控固體高次諧波輻射

研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委“新型光場(chǎng)調(diào)控物理及應(yīng)用”重大研究計(jì)劃、科學(xué)技術(shù)部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院科研儀器設(shè)備研制項(xiàng)目等的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1063/5.0085472