Experimental optimization of second-order harmonic generation for higher-order generation applications
(2024) In Lund Reports on Atomic Physics (LRAP) PHYL01 20241Department of Physics
Atomic Physics
- Abstract
- An atom interacting with a strong laser field can give rise to high-order harmonic generation (HHG), a non-perturbative, highly non-linear process. The resulting HHG spectrum is a comb of odd harmonics. For some experiments, a large energy difference between consecutive harmonics is beneficial. In order to achieve a larger spacing between harmonics, second-harmonic (SH) radiation resulting from another type of non-linear process can be used to drive HHG. Second-harmonic generation (SHG) is, in contrast to HHG, described by perturbative treatment in the field of non-linear optics. This thesis focuses on a laser’s second-order harmonic generation (SHG) with the long-term aim of using it to drive HHG. Phase-matching plays an essential role in... (More)
- An atom interacting with a strong laser field can give rise to high-order harmonic generation (HHG), a non-perturbative, highly non-linear process. The resulting HHG spectrum is a comb of odd harmonics. For some experiments, a large energy difference between consecutive harmonics is beneficial. In order to achieve a larger spacing between harmonics, second-harmonic (SH) radiation resulting from another type of non-linear process can be used to drive HHG. Second-harmonic generation (SHG) is, in contrast to HHG, described by perturbative treatment in the field of non-linear optics. This thesis focuses on a laser’s second-order harmonic generation (SHG) with the long-term aim of using it to drive HHG. Phase-matching plays an essential role in optimizing second-harmonic conversion efficiency and sets a condition for optimal efficiency. A way to achieve this condition is by carefully controlling the angle orientation of a birefringent non-linear crystal,
giving rise to SHG of different wavelengths from the input laser field. (Less) - Popular Abstract (Swedish)
- När atomer och molekyler interagerar med laserfält av hög intensitet kan fascinerande och oväntade fenomen uppstå. Två viktiga genombrott inom laserforskningen inträffade på 1960- respektive 1980-talet, när två besläktade men distinkta processer upptäcktes. Den senare av dessa ledde till Nobelpriset i fysik 2023, vilket skapade svensk historia.
När en högintensiv laserstråle fokuseras på en kristall med specifika egenskaper kan en bråkdel av ljuset omvandlas till ljus med dubbelt så hög frekvens som den ursprungliga strålens. Denna process kallas second-harmonic generation (SHG), där den omvandlade ljusvågen är en så kallad andra ordningens överton av det ursprungliga ljuset, vilket innebär att den nya ljusvågen har en frekvens som är... (More) - När atomer och molekyler interagerar med laserfält av hög intensitet kan fascinerande och oväntade fenomen uppstå. Två viktiga genombrott inom laserforskningen inträffade på 1960- respektive 1980-talet, när två besläktade men distinkta processer upptäcktes. Den senare av dessa ledde till Nobelpriset i fysik 2023, vilket skapade svensk historia.
När en högintensiv laserstråle fokuseras på en kristall med specifika egenskaper kan en bråkdel av ljuset omvandlas till ljus med dubbelt så hög frekvens som den ursprungliga strålens. Denna process kallas second-harmonic generation (SHG), där den omvandlade ljusvågen är en så kallad andra ordningens överton av det ursprungliga ljuset, vilket innebär att den nya ljusvågen har en frekvens som är två gånger det infallande laserfältets frekvens. Om intensiteten på laserstrålen ökas ytterligare och nu riktas mot en gas av atomer kan höga övertoner skapas, som når våglängder i den extrema ultravioletta regionen. I tidsdomänen motsvarar denna en kam av höga övertoner ett tåg av attosekundpulser (1 as = 10^(-18) s) som kan användas för att studera elektronrörelser i materia.
Om infrarött ljus används för att driva processen för övertonsgenereringen, kommer de genererade övertonernas energier ligga nära varandra, vilket kan skapa problem för vissa attosekundexperiment. I detta fall skulle det vara fördelaktigt att generera övertoner med den andra övertonen av det fundamentala IR-fältet, vilket skapar en övertonskam med större energiseparation mellan kamtänderna. Denna rapport undersöker möjligheten att använda frekvensdubbling för att öka frekvensseparationen mellan övertonerna.
För att uppnå detta mål undersöker vi experimentellt och via numeriska simuleringar hur egenskaperna hos den andra övertonens strålning kan optimeras och justeras. Vi avslutar med att uppskatta möjligheterna att generera höga övertoner med hjälp av de genererade ljuspulserna från den andra övertonen. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9177395
- author
- Strömberg, Julia LU
- supervisor
-
- David Busto LU
- Edoardo Boati LU
- organization
- course
- PHYL01 20241
- year
- 2024
- type
- M2 - Bachelor Degree
- subject
- keywords
- Second-harmonic generation, higher-harmonic generation, conversion efficiency, phase-matching, angle tuning, cutoff energy
- publication/series
- Lund Reports on Atomic Physics (LRAP)
- report number
- LRAP 604
- language
- English
- id
- 9177395
- date added to LUP
- 2024-11-18 14:22:11
- date last changed
- 2024-11-18 14:22:11
@misc{9177395,
abstract = {{An atom interacting with a strong laser field can give rise to high-order harmonic generation (HHG), a non-perturbative, highly non-linear process. The resulting HHG spectrum is a comb of odd harmonics. For some experiments, a large energy difference between consecutive harmonics is beneficial. In order to achieve a larger spacing between harmonics, second-harmonic (SH) radiation resulting from another type of non-linear process can be used to drive HHG. Second-harmonic generation (SHG) is, in contrast to HHG, described by perturbative treatment in the field of non-linear optics. This thesis focuses on a laser’s second-order harmonic generation (SHG) with the long-term aim of using it to drive HHG. Phase-matching plays an essential role in optimizing second-harmonic conversion efficiency and sets a condition for optimal efficiency. A way to achieve this condition is by carefully controlling the angle orientation of a birefringent non-linear crystal,
giving rise to SHG of different wavelengths from the input laser field.}},
author = {{Strömberg, Julia}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
series = {{Lund Reports on Atomic Physics (LRAP)}},
title = {{Experimental optimization of second-order harmonic generation for higher-order generation applications}},
year = {{2024}},
}