Chương 1 Tổng quan 1.1 Sơ lược về lý thuyết phát xạ HHG Lasor là viết tắt của “Light Awplification by Stimulated Eanission of Radiation”. nghĩa là “khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích”. Kế từ khi laser được phát minh nãui 1960 bởi Maiman [28], nó được biết đến như mot nguồn sang o6 độ đồng nhất, tính định hướng và tính dou sắc cao. Nhờ những tính chất đặc biệt này, laser được sứ dụng ngày chug phd biến trong nhiểu lĩnh vực, từ đó mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới trong vật lý, Di kèm với sự nắng cao nhành chong của oWỜng độ laser, ngÄHỜi tủ quan sit thay những hiệu ứng phi tuyến mdi lạ khi cho laser tương tác với vật chất.
Trong quá trình tương, bắc, laser sẽ làu cho vật liện bị phân oe. Đối với laser v6 cường độ thấp hoa trung bình (cỡ vài WW/cm?), sự phân cực đó khong làm thuy đối uhiéu cắn trúc electron của nguyên tứ và khi đó có thé quan sắt được hiệu ứug Stark. Day là ché độ uhiễu loan của quang phi tuyển vì những, hiệu ứng phi tuyến xdy ra ở chế độ này được giải thích rất tốt bằng lý thuyết phiếu loạu. Khi laser trổ uêu đủ mauh ngang cỡ oưỜng, độ điệu trường nguyên tứ (c@ 5.1 x 10H V/m: PY), tương ứng cường, độ laser ở bậc 1019 We/om?), electron có xắc suắt ovo hou thoát ra ngoài miễn tự do thống qua co chế lon hóa xuyêu ham hoặc ion how yượt ngưỡng do rào thé đã bị ảnh hưởng, mạnh.
Chế độ này gọi là chế độ trường mạnh, trong đó quá trình ion hóu đóng vai trò quan trọng đổi với sự đáp ứng phi tuyển của mdi trường. Khi cường độ laser tăng cao hon, electrou từ các lới› trong của nguyễn tử được giải phóng và động nãng của eleotron thu được tương dirony năng lượng ughi của pó. Phau vi cường độ laser này tương ứng với chế độ tương đối tính. rong vùng cường độ giữa chế độ nhiễn loạn và chế độ trường mạnh (cỡ 10)? đếu 10! W/ow?), hệ số Keldysh + được dùng dé xác định hìuh thức ion hóa chủ yếu [30].
Nếu + >> ] thì sự iow hóa da photon chiếm tú thé, nến + << 1 thì sự iow hóa xuyên hầm chiếm uu thế, O vùng cường độ trung gian này xuất hiện nhiều hiệu ng nh sự ion hóa de photon, sự lon héa vượt ngưởng hay sự phat xa sóng điểu hòa bậc cuo HHG. HH là một hiện ứng quang phi tuyển đáng chú ý xay ra khi cho laser có cường độ trong khoảng 1013 đến 1019 W/cm? tương tác với nguyễn tử, phâu tit, Oo ché tạo ra HHG có thé hình dung theo wé hình ba bước báu cổ điển [31|: ion hóa, gia tốc trong điệu trường và tái kết hợp. Ở bước một, điện trường nguyên tứ bị tác động bởi điện trưởng laser, hình thành nền rào thể tạo điều kiện cho electron lớp ngoài cùng xuyên haw ra ngoài. Oudng độ laser uằng cao, xắc xuất electron xuyên haw càng lởn, O bước hai, electron xem như đã tự do khối nguyên tử ban dau và chỉ chịu tác dụng của điện trường, biến thiên của lasor, Dưới tác dụng oúu laser, olootron được gia bốo ra xa cho đếu khi điệu trường đổi chiều làm nó bị gia t60 theo hướng ngược lại và có thé quay trở về ion we.
O bước cuối oùng, electrou có thé và chau và tái kết hợp với ion mẹ đồng thời phát ra các photon năng lượng cao ứng với các bức s 3 « > ^ £ = > > £ “ > * _ “ s xa có tan sO băng, tuột số nguyễn lau tau sO của laser bau dan, gọi là cấu song điều hòa bặc cao. Sự phát hiện HHG đem đến nhiền ứng dụng quan trọng trong vật lý. HHG được sử dụng nh một nguồn phat cáo xung atto giấy (107}Š giấy) có tinh kết hợp cao |I| (sử duug HHG là phương pháp duy nhất cho déu này). Bên cạnh đó, do HHG được sinh ru trong qué trình eleetron tái kết hợp với ion me nên HHG mang thông tin cau trúc của bie.
Do đó nó được dùng như wot công oy để theo doi cdo quá trình động lực điếu ra trong phân tit, nguyễn tử với độ phan giải thời gian đến atto giấy [2| và độ phan giải không gian dưới Ángström [3,4], tai hiệu cấu trúc orbital phãu tứ trung hòa [5], quan sat giao thoa giữa các gói song electron kết hợp ||. Vì vay HHG trở thành hướng ngÌiên cứu sdi động của cộng đồng khoa học trong giai doau gin đấy, 1.2 Các nghiên cứu về HHG phan cực elip Suốt nhiều nam, khả năng ứng dụng của HHG vẫn còn bị giới hạn bởi hai hạu chế chính, Dau tiền, hiện suắt thấp của quá trình phát xạ HH law uường, độ của các tín hiệu HHG phát ra rất yên so với trường laser dau vào, Tuy nhiều, những tiếu bộ gin đây đã giúp nẵng củuo hiệu suất này len đắng kể. Một vài phương pháp có thể liệt kê là thay đổi suối trường chuyếu đối (từ khí hiếm [7| cho đếu oie phan tứ [8] hoặc hỗn hợp các khí |Ð, 10|), sử dụng vac nguồn luser kích thích khác nhàn [11], hai mau [13| và nhiễn how {13, L4|, hoặc là thiết lap cáo cấu hình thí nghiệm mới [15,16]. Lrong phạm vì hiển biết olla chúng tôi, hiện suất chuyến đối từ cỡ I0—” đã được cải thiện đến khoảng, 5x 107 như được công bố trong công trình [32] nãm 2015.
Điền này giúp cho HHG hoàn totum khá dung trong ode ứng dụng đôi hoi cường độ lớn. Han chỗ thứ hai là sự thiêu hụt của vác HHG phâu cực tròn hoặc elip ở vùng năng lượng cao (kết quá thực nghiệu: tốt nhất hiện nay, theo hiểu biết oa chúng tôi, đạt được phan cực trou với bức xạ 06 năng lượng đếu 160 eV, tương ứng, bước sóng dưới § nứt [33|). Nhiều ứng dụng có ý nghĩa lớn trong nghiên cứu và thực tiếu đòi hỏi cin có một nguồn bức xạ phan cực trou trong, vùng, bước sóng ngắn. Phép đo XMOD có thể được xem như một ví dụ [25].
XMOD là sự kháo nhau 6 unite độ hấp thụ của một mắu vật liện từ hóa đổi với bức xạ tia X phan cực trou trái và phan cực trou phải ||L7|. Phép do XMOD cho phép trích xuất thong tin định lượng về sự phân bỗ của spin và cắc woment động lượng quỹ đạo, xác định sự định hướng của spin cũng như phâu tách uấc thành phan từ tính và phi tit tính trong cấo mắn vật liệu dị tính [L7|, Den cạnh đó, XMOD cũng được ứng dung vào các lĩnh vực như từ tính của véc uẫu trúc nano thấp chiều, chat báu đắn từ pha loãng, tính thuận từ của vac hạt nano kim loại, hiệu ứng câu quang trong cáo vam châm phâu tứ |IS|. Một trong cáo điều kiện tiêu quyét để thực hiệu thí nghiệm do XMOD là cầu phải có tuột nguồn bức xạ tia X phâu cực tron. Tùy nhiêu, thực tế việc tạo ra tuột nguồn bia X phần ove trou cho ofđờng độ đủ mạnh khống dé đàng đạt được nh đỗi với nguỗn ánh sáng kha kiểu [34|.
Do đó việc nghiên cứu để tạo ra các bức xa phầu cực tròn (hoặo elip) có năng lượng photon lớn từ cơ chế HH nhận được nhiễn sự quan tan. Nhiều nỗ lực da được thực hiện dé đạt được mục tiền này, Dau tiên, việc đùng một laser phân oye tròn hoặc elip [19] dé kích thích phát xạ HHG phâu cực tròn đả được nghỉ đến nhưng hiện suắt lại cực ki thắp |20|. San đó nhiều phương pháp khác nhai đã được dé xuất. Diễn này phá xở sự đồng nhất của uuôi trường, và bạo ra tính elip cla HHG |ð5|.
Kết quả thực nghiệm đá tao ra HH phầu cực elip với phan tử Ng, CO; [21]. Tuy nhiên, bên cạnh sự phức tạp của việc thiết lap thí nghiệm, độ elip (ellipticity) ola HHG khó sagt quá. San đó vào năm 2011, một phương pháp khác được để xuất bởi Vodungbo |22|, trong đó tạo ra được các tiv hiện có phan oye gắn như tròn với hiện suắt đạt 2,6-4,4%. Y tướng, là tao ra HH phan vie thắng như thông, thường trước tiêu để 06 được hiệu suất chuyến đổi cao, sau đó ding mot hệ chuyến pha phầu xa (reflector phase shifter) gOu các bau phiu tư sóng để chuyển phản cực của tin hiệu thành phan cực tròn, Han chế lớu nhất của phương: phái này là sự giải Ì đếu 2 bậc cường độ của tin hiệu trong quá trình chuyến đối tùy theo mức độ phâu cực tron đạt được.
Mặt khác, khả năng áp dung của nó cũng, bi giới hạn đối với năng lượng photon dưới 70 eV. Một phương phấp khác cũng chiếm nhiều sự quan tam, với việc sử dụng trường laser hai mau phan oye tron quay pgược chiều nhau, được để xuất lan đầu tiên trong |23|. Phương pháp trong nghiên cứu này cho nhiều kết quả, dang wong đợi khi tạo ra được nguồn HHG có độ elip và hiệu suất cao với khá năng điều khiếu hoàu toàu tính phau cực [36]. Sau đó HHG phân olfc tròn thuộc miéu tỉa X tiểu (bước sóng bé hau 8 wu, tướng Ứng, nãng lượng photon lên đến 160 eV) đã được tao ra bằng phướng pháp trên [33].
uy phiền, HHG tròn hoặc elip được tạo ra theo cách vay gồm cde thành phan có chiêu quay khác nhau (quay trai và quay phải). Điều này gây khó khăn cho vide tách riöng chúng ra và nhiều nhóm nghiền cứu vẫn tiếp tụo tìm hướng giải quyết. Nam 2015, tuột bài báo cha Lambert và cộng sự dang trên Nature Comumuication |24| đã chi ra w6t phương pháp dou giảu và hiệu quả cho việo tạo ra HHG phâu cue tròn tit vido sứ dụng chino laser hai wag phan ofc thing vudug góc. Thiết lap thực nghiện của phương pháp này khá đơn giảu: một trường laser phan cực thắng ban đâu có tan số w sau khi di qua niềng tinh the BBO (Barium Borate Oxide) sẽ tao ra sóng điền hòa bie hai vila uÓ có tan số 2 cũng phan cực thăng nlutmyg theo phương vuông gov với laser bau dau.
Hai thành phầu này sẽ cùng tướng tác với khí ueou và HH có phan cựo clip 36 được tạo ra từ quá trình tướng, táo này, HHG này đã được xáu nhậu là phãu cực elip bằug việo sứ dụng uó vào phép do XMOD, you rat nhạy với sự phân cựo của bức xạ. Bài báo đã nêu kết qua đáng chú ý khi đạt được độ phan cực elip của HH đếu 75% với bước sóng ngấu, năng lượng photon đến 70 eV. Kết quả này mỡ ra nhiều tiểm nãng trong việc Ứng dụng vào ki thuật đo XMCD, trong ki thuật quang phổ.