Abstract

An adaptive learning loop enhances the efficiency and tuning of high-order harmonic generation. In comparison with simple chirp tuning, we observe a broader tuning range and a twofold to threefold enhancement in integrated photon flux in the cutoff region. The driving pulse temporal phase varies significantly for different tunings and is more complicated than a simple chirp. We compare our experimental results with a one-dimensional, time-dependent model that incorporates the intrinsic atomic response, the experimental pulse temporal phase, ionization effects, and transverse coherence of the spatial mode of the laser. The model agrees with our experimental results and indicates that a specific quantum path coupled with ionization effects determines the optimized harmonic spectrum.

© 2004 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. R. A. Bartels, S. Backus, E. Zeek, L. Misoguti, G. Vdovin, I. P. Christov, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Nature 406, 164 (2000).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. L. Roos, M. B. Gaarde, and A. L’Huillier, J. Phys. B 34, 5041 (2001).
    [CrossRef]
  3. R. S. Judson and H. Rabitz, Phys. Rev. Lett. 68, 1500 (1992).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. Z. Chang, A. Rundquist, H. Wang, I. Christov, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Phys. Rev. A 58, R30 (1998).
    [CrossRef]
  5. P. Salières, P. Antoine, A. de Bohan, and M. Lewenstein, Phys. Rev. Lett. 81, 5544 (1998).
    [CrossRef]
  6. H. T. Kim, D. G. Lee, K.-H. Hong, J.-H. Kim, I. W. Choi, and C. H. Nam, Phys. Rev. A 67, 051801(R)-1 (2003).
  7. B. Shan, A. Cavaliei, and Z. Chang, Appl. Phys. B 74, S23 (2002).
    [CrossRef]
  8. C. Altucci, R. Bruzzese, C. de Lisio, M. Nisoli, S. Stagira, S. De Silvestri, O. Svelto, A. Boscolo, P. Ceccherini, L. Poletto, and P. Villoresi, Phys. Rev. A 61, 021801(R)-1 (2000).
  9. F. Verluise, V. Laude, Z. Cheng, C. Spielmann, and P. Tournois, Opt. Lett. 25, 575 (2000).
    [CrossRef]
  10. S. Kazamias, F. Weihe, D. Douillet, C. Valentin, T. Planchon, S. Sebban, G. Grillon, F. Augé, D. Hulin, and P. Balcou, Eur. Phys. J. D 21, 353 (2002).
    [CrossRef]
  11. M. V. Ammosov, N. B. Delone, and V. P. Krainov, Zh. Eksp. Teor. Fiz. 91, 2008 (1986).
  12. I. P. Christov, R. Bartels, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Phys. Rev. Lett. 86, 5458 (2001).
    [CrossRef] [PubMed]

2003 (1)

H. T. Kim, D. G. Lee, K.-H. Hong, J.-H. Kim, I. W. Choi, and C. H. Nam, Phys. Rev. A 67, 051801(R)-1 (2003).

2002 (2)

B. Shan, A. Cavaliei, and Z. Chang, Appl. Phys. B 74, S23 (2002).
[CrossRef]

S. Kazamias, F. Weihe, D. Douillet, C. Valentin, T. Planchon, S. Sebban, G. Grillon, F. Augé, D. Hulin, and P. Balcou, Eur. Phys. J. D 21, 353 (2002).
[CrossRef]

2001 (2)

L. Roos, M. B. Gaarde, and A. L’Huillier, J. Phys. B 34, 5041 (2001).
[CrossRef]

I. P. Christov, R. Bartels, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Phys. Rev. Lett. 86, 5458 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

2000 (3)

F. Verluise, V. Laude, Z. Cheng, C. Spielmann, and P. Tournois, Opt. Lett. 25, 575 (2000).
[CrossRef]

R. A. Bartels, S. Backus, E. Zeek, L. Misoguti, G. Vdovin, I. P. Christov, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Nature 406, 164 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

C. Altucci, R. Bruzzese, C. de Lisio, M. Nisoli, S. Stagira, S. De Silvestri, O. Svelto, A. Boscolo, P. Ceccherini, L. Poletto, and P. Villoresi, Phys. Rev. A 61, 021801(R)-1 (2000).

1998 (2)

Z. Chang, A. Rundquist, H. Wang, I. Christov, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Phys. Rev. A 58, R30 (1998).
[CrossRef]

P. Salières, P. Antoine, A. de Bohan, and M. Lewenstein, Phys. Rev. Lett. 81, 5544 (1998).
[CrossRef]

1992 (1)

R. S. Judson and H. Rabitz, Phys. Rev. Lett. 68, 1500 (1992).
[CrossRef] [PubMed]

1986 (1)

M. V. Ammosov, N. B. Delone, and V. P. Krainov, Zh. Eksp. Teor. Fiz. 91, 2008 (1986).

Altucci, C.

C. Altucci, R. Bruzzese, C. de Lisio, M. Nisoli, S. Stagira, S. De Silvestri, O. Svelto, A. Boscolo, P. Ceccherini, L. Poletto, and P. Villoresi, Phys. Rev. A 61, 021801(R)-1 (2000).

Ammosov, M. V.

M. V. Ammosov, N. B. Delone, and V. P. Krainov, Zh. Eksp. Teor. Fiz. 91, 2008 (1986).

Antoine, P.

P. Salières, P. Antoine, A. de Bohan, and M. Lewenstein, Phys. Rev. Lett. 81, 5544 (1998).
[CrossRef]

Augé, F.

S. Kazamias, F. Weihe, D. Douillet, C. Valentin, T. Planchon, S. Sebban, G. Grillon, F. Augé, D. Hulin, and P. Balcou, Eur. Phys. J. D 21, 353 (2002).
[CrossRef]

Backus, S.

R. A. Bartels, S. Backus, E. Zeek, L. Misoguti, G. Vdovin, I. P. Christov, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Nature 406, 164 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Balcou, P.

S. Kazamias, F. Weihe, D. Douillet, C. Valentin, T. Planchon, S. Sebban, G. Grillon, F. Augé, D. Hulin, and P. Balcou, Eur. Phys. J. D 21, 353 (2002).
[CrossRef]

Bartels, R.

I. P. Christov, R. Bartels, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Phys. Rev. Lett. 86, 5458 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Bartels, R. A.

R. A. Bartels, S. Backus, E. Zeek, L. Misoguti, G. Vdovin, I. P. Christov, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Nature 406, 164 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Boscolo, A.

C. Altucci, R. Bruzzese, C. de Lisio, M. Nisoli, S. Stagira, S. De Silvestri, O. Svelto, A. Boscolo, P. Ceccherini, L. Poletto, and P. Villoresi, Phys. Rev. A 61, 021801(R)-1 (2000).

Bruzzese, R.

C. Altucci, R. Bruzzese, C. de Lisio, M. Nisoli, S. Stagira, S. De Silvestri, O. Svelto, A. Boscolo, P. Ceccherini, L. Poletto, and P. Villoresi, Phys. Rev. A 61, 021801(R)-1 (2000).

Cavaliei, A.

B. Shan, A. Cavaliei, and Z. Chang, Appl. Phys. B 74, S23 (2002).
[CrossRef]

Ceccherini, P.

C. Altucci, R. Bruzzese, C. de Lisio, M. Nisoli, S. Stagira, S. De Silvestri, O. Svelto, A. Boscolo, P. Ceccherini, L. Poletto, and P. Villoresi, Phys. Rev. A 61, 021801(R)-1 (2000).

Chang, Z.

B. Shan, A. Cavaliei, and Z. Chang, Appl. Phys. B 74, S23 (2002).
[CrossRef]

Z. Chang, A. Rundquist, H. Wang, I. Christov, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Phys. Rev. A 58, R30 (1998).
[CrossRef]

Cheng, Z.

Choi, I. W.

H. T. Kim, D. G. Lee, K.-H. Hong, J.-H. Kim, I. W. Choi, and C. H. Nam, Phys. Rev. A 67, 051801(R)-1 (2003).

Christov, I.

Z. Chang, A. Rundquist, H. Wang, I. Christov, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Phys. Rev. A 58, R30 (1998).
[CrossRef]

Christov, I. P.

I. P. Christov, R. Bartels, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Phys. Rev. Lett. 86, 5458 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

R. A. Bartels, S. Backus, E. Zeek, L. Misoguti, G. Vdovin, I. P. Christov, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Nature 406, 164 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

de Bohan, A.

P. Salières, P. Antoine, A. de Bohan, and M. Lewenstein, Phys. Rev. Lett. 81, 5544 (1998).
[CrossRef]

de Lisio, C.

C. Altucci, R. Bruzzese, C. de Lisio, M. Nisoli, S. Stagira, S. De Silvestri, O. Svelto, A. Boscolo, P. Ceccherini, L. Poletto, and P. Villoresi, Phys. Rev. A 61, 021801(R)-1 (2000).

De Silvestri, S.

C. Altucci, R. Bruzzese, C. de Lisio, M. Nisoli, S. Stagira, S. De Silvestri, O. Svelto, A. Boscolo, P. Ceccherini, L. Poletto, and P. Villoresi, Phys. Rev. A 61, 021801(R)-1 (2000).

Delone, N. B.

M. V. Ammosov, N. B. Delone, and V. P. Krainov, Zh. Eksp. Teor. Fiz. 91, 2008 (1986).

Douillet, D.

S. Kazamias, F. Weihe, D. Douillet, C. Valentin, T. Planchon, S. Sebban, G. Grillon, F. Augé, D. Hulin, and P. Balcou, Eur. Phys. J. D 21, 353 (2002).
[CrossRef]

Gaarde, M. B.

L. Roos, M. B. Gaarde, and A. L’Huillier, J. Phys. B 34, 5041 (2001).
[CrossRef]

Grillon, G.

S. Kazamias, F. Weihe, D. Douillet, C. Valentin, T. Planchon, S. Sebban, G. Grillon, F. Augé, D. Hulin, and P. Balcou, Eur. Phys. J. D 21, 353 (2002).
[CrossRef]

Hong, K.-H.

H. T. Kim, D. G. Lee, K.-H. Hong, J.-H. Kim, I. W. Choi, and C. H. Nam, Phys. Rev. A 67, 051801(R)-1 (2003).

Hulin, D.

S. Kazamias, F. Weihe, D. Douillet, C. Valentin, T. Planchon, S. Sebban, G. Grillon, F. Augé, D. Hulin, and P. Balcou, Eur. Phys. J. D 21, 353 (2002).
[CrossRef]

Judson, R. S.

R. S. Judson and H. Rabitz, Phys. Rev. Lett. 68, 1500 (1992).
[CrossRef] [PubMed]

Kapteyn, H. C.

I. P. Christov, R. Bartels, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Phys. Rev. Lett. 86, 5458 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

R. A. Bartels, S. Backus, E. Zeek, L. Misoguti, G. Vdovin, I. P. Christov, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Nature 406, 164 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Z. Chang, A. Rundquist, H. Wang, I. Christov, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Phys. Rev. A 58, R30 (1998).
[CrossRef]

Kazamias, S.

S. Kazamias, F. Weihe, D. Douillet, C. Valentin, T. Planchon, S. Sebban, G. Grillon, F. Augé, D. Hulin, and P. Balcou, Eur. Phys. J. D 21, 353 (2002).
[CrossRef]

Kim, H. T.

H. T. Kim, D. G. Lee, K.-H. Hong, J.-H. Kim, I. W. Choi, and C. H. Nam, Phys. Rev. A 67, 051801(R)-1 (2003).

Kim, J.-H.

H. T. Kim, D. G. Lee, K.-H. Hong, J.-H. Kim, I. W. Choi, and C. H. Nam, Phys. Rev. A 67, 051801(R)-1 (2003).

Krainov, V. P.

M. V. Ammosov, N. B. Delone, and V. P. Krainov, Zh. Eksp. Teor. Fiz. 91, 2008 (1986).

L’Huillier, A.

L. Roos, M. B. Gaarde, and A. L’Huillier, J. Phys. B 34, 5041 (2001).
[CrossRef]

Laude, V.

Lee, D. G.

H. T. Kim, D. G. Lee, K.-H. Hong, J.-H. Kim, I. W. Choi, and C. H. Nam, Phys. Rev. A 67, 051801(R)-1 (2003).

Lewenstein, M.

P. Salières, P. Antoine, A. de Bohan, and M. Lewenstein, Phys. Rev. Lett. 81, 5544 (1998).
[CrossRef]

Misoguti, L.

R. A. Bartels, S. Backus, E. Zeek, L. Misoguti, G. Vdovin, I. P. Christov, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Nature 406, 164 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Murnane, M. M.

I. P. Christov, R. Bartels, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Phys. Rev. Lett. 86, 5458 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

R. A. Bartels, S. Backus, E. Zeek, L. Misoguti, G. Vdovin, I. P. Christov, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Nature 406, 164 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Z. Chang, A. Rundquist, H. Wang, I. Christov, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Phys. Rev. A 58, R30 (1998).
[CrossRef]

Nam, C. H.

H. T. Kim, D. G. Lee, K.-H. Hong, J.-H. Kim, I. W. Choi, and C. H. Nam, Phys. Rev. A 67, 051801(R)-1 (2003).

Nisoli, M.

C. Altucci, R. Bruzzese, C. de Lisio, M. Nisoli, S. Stagira, S. De Silvestri, O. Svelto, A. Boscolo, P. Ceccherini, L. Poletto, and P. Villoresi, Phys. Rev. A 61, 021801(R)-1 (2000).

Planchon, T.

S. Kazamias, F. Weihe, D. Douillet, C. Valentin, T. Planchon, S. Sebban, G. Grillon, F. Augé, D. Hulin, and P. Balcou, Eur. Phys. J. D 21, 353 (2002).
[CrossRef]

Poletto, L.

C. Altucci, R. Bruzzese, C. de Lisio, M. Nisoli, S. Stagira, S. De Silvestri, O. Svelto, A. Boscolo, P. Ceccherini, L. Poletto, and P. Villoresi, Phys. Rev. A 61, 021801(R)-1 (2000).

Rabitz, H.

R. S. Judson and H. Rabitz, Phys. Rev. Lett. 68, 1500 (1992).
[CrossRef] [PubMed]

Roos, L.

L. Roos, M. B. Gaarde, and A. L’Huillier, J. Phys. B 34, 5041 (2001).
[CrossRef]

Rundquist, A.

Z. Chang, A. Rundquist, H. Wang, I. Christov, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Phys. Rev. A 58, R30 (1998).
[CrossRef]

Salières, P.

P. Salières, P. Antoine, A. de Bohan, and M. Lewenstein, Phys. Rev. Lett. 81, 5544 (1998).
[CrossRef]

Sebban, S.

S. Kazamias, F. Weihe, D. Douillet, C. Valentin, T. Planchon, S. Sebban, G. Grillon, F. Augé, D. Hulin, and P. Balcou, Eur. Phys. J. D 21, 353 (2002).
[CrossRef]

Shan, B.

B. Shan, A. Cavaliei, and Z. Chang, Appl. Phys. B 74, S23 (2002).
[CrossRef]

Spielmann, C.

Stagira, S.

C. Altucci, R. Bruzzese, C. de Lisio, M. Nisoli, S. Stagira, S. De Silvestri, O. Svelto, A. Boscolo, P. Ceccherini, L. Poletto, and P. Villoresi, Phys. Rev. A 61, 021801(R)-1 (2000).

Svelto, O.

C. Altucci, R. Bruzzese, C. de Lisio, M. Nisoli, S. Stagira, S. De Silvestri, O. Svelto, A. Boscolo, P. Ceccherini, L. Poletto, and P. Villoresi, Phys. Rev. A 61, 021801(R)-1 (2000).

Tournois, P.

Valentin, C.

S. Kazamias, F. Weihe, D. Douillet, C. Valentin, T. Planchon, S. Sebban, G. Grillon, F. Augé, D. Hulin, and P. Balcou, Eur. Phys. J. D 21, 353 (2002).
[CrossRef]

Vdovin, G.

R. A. Bartels, S. Backus, E. Zeek, L. Misoguti, G. Vdovin, I. P. Christov, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Nature 406, 164 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Verluise, F.

Villoresi, P.

C. Altucci, R. Bruzzese, C. de Lisio, M. Nisoli, S. Stagira, S. De Silvestri, O. Svelto, A. Boscolo, P. Ceccherini, L. Poletto, and P. Villoresi, Phys. Rev. A 61, 021801(R)-1 (2000).

Wang, H.

Z. Chang, A. Rundquist, H. Wang, I. Christov, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Phys. Rev. A 58, R30 (1998).
[CrossRef]

Weihe, F.

S. Kazamias, F. Weihe, D. Douillet, C. Valentin, T. Planchon, S. Sebban, G. Grillon, F. Augé, D. Hulin, and P. Balcou, Eur. Phys. J. D 21, 353 (2002).
[CrossRef]

Zeek, E.

R. A. Bartels, S. Backus, E. Zeek, L. Misoguti, G. Vdovin, I. P. Christov, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Nature 406, 164 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Appl. Phys. B (1)

B. Shan, A. Cavaliei, and Z. Chang, Appl. Phys. B 74, S23 (2002).
[CrossRef]

Eur. Phys. J. D (1)

S. Kazamias, F. Weihe, D. Douillet, C. Valentin, T. Planchon, S. Sebban, G. Grillon, F. Augé, D. Hulin, and P. Balcou, Eur. Phys. J. D 21, 353 (2002).
[CrossRef]

J. Phys. B (1)

L. Roos, M. B. Gaarde, and A. L’Huillier, J. Phys. B 34, 5041 (2001).
[CrossRef]

Nature (1)

R. A. Bartels, S. Backus, E. Zeek, L. Misoguti, G. Vdovin, I. P. Christov, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Nature 406, 164 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Opt. Lett. (1)

Phys. Rev. A (3)

H. T. Kim, D. G. Lee, K.-H. Hong, J.-H. Kim, I. W. Choi, and C. H. Nam, Phys. Rev. A 67, 051801(R)-1 (2003).

C. Altucci, R. Bruzzese, C. de Lisio, M. Nisoli, S. Stagira, S. De Silvestri, O. Svelto, A. Boscolo, P. Ceccherini, L. Poletto, and P. Villoresi, Phys. Rev. A 61, 021801(R)-1 (2000).

Z. Chang, A. Rundquist, H. Wang, I. Christov, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Phys. Rev. A 58, R30 (1998).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (3)

P. Salières, P. Antoine, A. de Bohan, and M. Lewenstein, Phys. Rev. Lett. 81, 5544 (1998).
[CrossRef]

R. S. Judson and H. Rabitz, Phys. Rev. Lett. 68, 1500 (1992).
[CrossRef] [PubMed]

I. P. Christov, R. Bartels, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Phys. Rev. Lett. 86, 5458 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Zh. Eksp. Teor. Fiz. (1)

M. V. Ammosov, N. B. Delone, and V. P. Krainov, Zh. Eksp. Teor. Fiz. 91, 2008 (1986).

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (3)

Fig. 1
Fig. 1

Evolution of the optimal harmonic spectrum for tuning of the 27th harmonic (30 nm) to 31.16 nm. The numbers next to the spectra refer to the specific generation, ending at generation 19. Inset, temporal profile of the laser field (intensity and phase) that produced the optimal output.

Fig. 2
Fig. 2

Tuning curve of the 27th harmonic by means of adaptive control. The line represents perfect tuning; arrows indicate the positions of the 26th, 27th, and 28th harmonics. Left inset, tuning curve obtained by means of chirping of the laser pulse. Right inset, comparison of the conversion efficiency for adaptive optimization and chirp tuning. The triangles indicate closed-loop data; the chirp tuning data are plotted as squares (+ chirp) and circles (- chirp).

Fig. 3
Fig. 3

Theoretical simulation of the optimized high-order harmonic spectrum (solid curve) corresponding to the optimization of Fig. 1. Harmonics corresponding to QP1 (dashed curve) and QP2 (dotted curve) are also shown. Inset, theoretical versus observed spectral shifts obtained from the optimizing laser fields. The dotted line represents perfect correlation.

Equations (1)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

Eqt0lmeddqtexpz-lmed2labsexpiφzdz.

Metrics