基于堆叠多层膜结构的水窗波段宽带反射镜的研究
阿秒脉冲作为观察和控制原子、分子和凝聚态物质中电子动力学和超快过程的有效工具，广泛应用于物理、生物、天文等领域。目前广泛用于产生阿秒脉冲的高次谐波光源的光谱范围已经从极紫外延伸至水窗波段(Water Window Region)。多层膜结构由于其灵活的光谱调控能力、良好且稳定的性能成为调控阿秒脉冲的重要光学元件。本文提出了两种优化堆叠多层膜反射镜结构的方法。第一种方法是基于一种双参数评价函数结合遗传算法优化堆叠多层膜的厚度和堆栈周期数，实现了对水窗阿秒脉冲的宽带反射。第二种方法是基于线性啁啾结构优化堆叠多层膜的厚度和堆栈周期数，实现了对水窗阿秒脉冲的压缩整形。此外，提出了一种优化非周期性多层膜结构的反射式宽带四分之一波片的方法，基于另一种双参数评价函数结合遗传算法优化非周期性多层膜的厚度，以实现圆偏振水窗阿秒脉冲的产生。 首先，本文基于均方根偏差和平均反射率的双参数评价函数结合标准的遗传算法提出了一种具有堆叠结构的Cr/Sc多层膜宽带反射镜，在370-390 eV的光子能量范围内实现了约4.90 ％平均反射率。与传统的非周期性多层膜宽带反射镜相比，该堆叠多层膜反射镜具有更好的优化效率、设计鲁棒性和厚度容错性。该优化结构的堆叠多层膜宽带反射镜可用于水窗阿秒脉冲的有效反射。 其次，为补偿水窗阿秒脉冲的本征啁啾，本文提出了一种具有线性啁啾结构的堆叠Cr/Sc多层膜反射镜。为具有不同啁啾(2000 as2、4000 as2、6000 as2)的阿秒脉冲设计的三个啁啾堆叠多层膜反射镜。在300-400 eV的光子能量范围内，经其反射后得到阿秒脉冲都是接近傅里叶变换极限的脉冲，其脉冲宽度分别从210.06 as、465.48 as、766 as压缩至37.61 as、37.47 as、37.14 as。该啁啾堆叠多层膜反射镜可用于水窗阿秒脉冲的啁啾补偿和压缩整形。 最后，本文基于圆偏振度和反射率的双参数评价函数结合遗传算法提出了一种非周期性多层膜结构的Cr/Sc宽带反射式四分之一波片，分别在不同带宽(385-395eV、380-395eV、375-395eV)的光子能量范围内均实现了 95 ％以上的圆偏振度。该反射式宽带四分之一波片可用于线性偏振阿秒脉冲向圆偏振阿秒脉冲的转化。 本文提出了两种堆叠结构的Cr/Sc多层膜反射镜分别遗传算法优化设计和线性啁啾结构设计，以及一种基于遗传算法优化设计的非周期性Cr/Sc多层膜反射镜。从而实现为水窗波段阿秒脉冲性能调控(如宽带反射、相位调控、压缩整形、偏振态的转换等)提供一定的思路，为未来实现水窗波段阿秒脉冲高效操纵提供了一定理论上的指导意义。
宽带反射镜;堆叠多层膜;非周期性多层膜;优化设计;水窗波段;阿秒脉冲;遗传算法
北京化工大学
硕士
物理学
林承友
2023
中文
TH74;TH702
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）