据悉，西班牙萨拉曼卡大学的研究人员展示了结构化驱动光束与晶体固体靶相互作用产生的高次谐波光谱学方案。该工作促进了对高次谐波场的拓扑分析，将其作为一种光谱学工具来揭示光与靶对称性耦合中的非线性。相关论文以“Topological high-harmonic spectroscopy”为题发表在《Communications Physics》上。
高次谐波产生(HHG)是一种极端的非线性效应，强场激光聚焦到气体介质上的时候，会发生非线性效应，可以得到上百阶的高能谐波光子。
论文中，研究人员展示了结构化驱动光束与晶体固体靶相互作用产生的高次谐波光谱学方案。与各向同性的气体靶不同，研究人员展示了晶体对称性在高次谐波产生(HHG)过程中与驱动光束拓扑结构的耦合。这种耦合的特征被编码成发射谐波的复杂空间结构。特别是，研究人员通过研究LPVB驱动的单层石墨烯的HHG，揭示了这种相互交织的光子转换。
图 1：石墨烯和氩气中的拓扑高次谐波光谱概述。
图 2：左侧(LCP)和右侧(RCP)圆偏振分量的远场谐波发射曲线。
图 3：各向异性和各向同性靶发射的高次谐波所携带的轨道角动量(OAM)比较。
研究人员发现，与各向同性的情况不同，晶体靶产生的谐波可以根据其组成对称性打破驱动拓扑结构的守恒性。研究人员提供了一种分析推导，可以(1)从靶的各向异性对称性预测高次谐波束的拓扑结构，以及(2)从高次谐波束的拓扑结构检索靶的各向异性响应。因此，基于拓扑结构的高次谐波光谱学可以提取靶非线性响应的空间分辨率信息，而这是标准光谱学技术无法获得的。
图 4：在各向异性和各向同性靶中获得的近场谐波发射剖面图。
图 5：从拓扑谐波特性中检索非线性响应。
虽然研究人员已经展示了石墨烯等二维材料中矢量光束驱动器拓扑结构与靶对称性之间的相互作用，但研究人员相信，他们的研究结果为拓扑光学开辟了一个通用场景，在这个场景中，靶的非线性响应与光的拓扑结构相耦合。研究人员相信这项技术可以进一步用于表征更复杂的靶，如多晶体或异质结构。
