Skip to main content
SpringerLink
Log in

High-order harmonic generation by an ultrafast infrared pulse

Efficient generation of a coherent “water window” X-ray

  • Published:
Applied Physics B Aims and scope Submit manuscript

Abstract

Life science and biology have advanced with the progress of microscope technology. A strong desire of life scientists is to observe living cells with high spatial resolution. The development of soft x-ray microscopy using a special wavelength called the water window started in the 1970s in order to fulfill this desire. However, the photon fluxes realized so far are still insufficient for this application. Here, we review our work on a coherent water window x-ray generation based on high-order harmonics driven by an infrared pulse. Our proposed generation scheme, combining an infrared laser driver and a neutral gas medium, is efficient and scalable in output yields of the water window x-ray.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Log in via an institution

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Institutional subscriptions

Similar content being viewed by others

References

  1. T.H. Maiman, Nature (Lond.) 187, 493 (1960)

    Article  ADS  Google Scholar 

  2. W. Ackermann et al., Nature Photon. 1, 336 (2007)

    Article  ADS  Google Scholar 

  3. C. Spielmann, N.H. Burnett, S. Sartania, R. Koppitsch, M. Schnurer, C. Kan, M. Lenzner, P. Wobrauschek, F. Krausz, Science 278, 661 (1997)

    Article  ADS  Google Scholar 

  4. Z. Chang, A. Rundquist, H. Wang, M.M. Murnane, H.C. Kapteyn, Phys. Rev. Lett. 79, 2967 (1997)

    Article  ADS  Google Scholar 

  5. M. Hentschel, R. Kienberger, C. Spielmann, G.A. Reider, N. Milosevic, T. Brabec, P. Corkum, U. Heinzmanns, M. Dreschers, F. Krausz, Nature 414, 509 (2001)

    Article  ADS  Google Scholar 

  6. T. Sekikawa, A. Kosuge, T. Kanai, S. Watanabe, Nature (Lond.) 432, 605 (2004)

    Article  ADS  Google Scholar 

  7. G. Sansone, E. Benedetti, F. Calegari, C. Vozzi, L. Avaldi, R. Flammini, L. Poletto, P. Villoresi, C. Altucci, R. Velotta, S. Stagira, S.D. Silvestri, M. Nisoli, Science 314, 443 (2006)

    Article  ADS  Google Scholar 

  8. P. Tzallas, D. Charalambidis, N.A. Papadogiannis, K. Witte, G.D. Tsakiris, Nature (Lond.) 426, 267 (2003)

    Article  ADS  Google Scholar 

  9. Y. Nabekawa, T. Shimizu, T. Okino, K. Furusawa, H. Hasegawa, K. Yamanouchi, K. Midorikawa, Phys. Rev. Lett. 96, 083901 (2006)

    Article  ADS  Google Scholar 

  10. P.B. Corkum, Phys. Rev. Lett. 71, 1994 (1993)

    Article  ADS  Google Scholar 

  11. J. Seres, P. Wobrauschek, C. Streli, V.S. Yakovlev, E. Seres, F. Krausz, C. Spielmann, New J. Phys. 8, 251 (2006)

    Article  ADS  Google Scholar 

  12. E. Takahashi, Y. Nabekawa, T. Otsuka, M. Obara, K. Midorikawa, Phys. Rev. A 66, 021802 (2002)

    Article  ADS  Google Scholar 

  13. E. Takahashi, Y. Nabekawa, M. Nurhuda, K. Midorikawa, J. Opt. Soc. Am. B 20, 158 (2003)

    Article  ADS  Google Scholar 

  14. E. Takahashi, N. Nabekawa, K. Midorikawa, Opt. Lett. 27, 1920 (2000)

    Article  ADS  Google Scholar 

  15. E. Takahashi, V. Tosa, Y. Nabekawa, K. Midorikawa, Phys. Rev. A 68, 023808 (2003)

    Article  ADS  Google Scholar 

  16. E.J. Takahashi, Y. Nabekawa, K. Midorikawa, Appl. Phys. Lett. 84, 4 (2004)

    Article  ADS  Google Scholar 

  17. E.J. Takahashi, Y. Nabekawa, H. Mashiko, H. Hasegawa, A. Suda, K. Midorikawa, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 10, 1315 (2004)

    Article  Google Scholar 

  18. A. Paul, R.A. Bartels, R. Tobey, H. Green, S. Weiman, I.P. Christov, M.M. Murnane, H.C. Kapteyn, S. Backus, Nature (Lond.) 421, 51 (2003)

    Article  ADS  Google Scholar 

  19. M. Zepf, B. Dromey, M. Landreman, P. Foster, S.M. Hooker, Phys. Rev. Lett. 99, 143901 (2007)

    Article  ADS  Google Scholar 

  20. J. Seres, V.S. Yakovlev, E. Seres, C. Streli, P. Wobrauschek, C. Spielmann, F. Krausz, Nat. Phys. 3, 878 (2007)

    Article  Google Scholar 

  21. E.A. Gibson, A. Paul, N. Wagner, R. Tobey, D. Gaudiosi, S. Backus, I.P. Christov, A. Aquila, E.M. Gullikson, D.T. Attwood, M.M. Murnane, H.C. Kapteyn, Science 302, 95 (2003)

    Article  ADS  Google Scholar 

  22. V. Tosa, V.S. Yakovlev, F. Krausz, New J. Phys. 10, 025016 (2008)

    Article  ADS  Google Scholar 

  23. E. Seres, J. Seres, F. Krausz, C. Spielmann, Phys. Rev. Lett. 92, 163002 (2004)

    Article  ADS  Google Scholar 

  24. E. Constant, D. Garzella, P. Breger, M. Mevel, C. Dorrer, C.L. Blanc, F. Salin, P. Agostini, Phys. Rev. Lett. 82, 1668 (1999)

    Article  ADS  Google Scholar 

  25. B. Shan, Z. Chang, Phys. Rev. A 65, 011804 (2001)

    Article  ADS  Google Scholar 

  26. T. Ruchon, C.P. Hauri, K. Varjú, E. Mansten, M. Swoboda, R. López-Martens, A. L’Huillier, New J. Phys. 10, 025027 (2008)

    Article  ADS  Google Scholar 

  27. E.J. Takahashi, T. Kanai, Y. Nabekawa, K. Midorikawa, Appl. Phys. Lett. 93, 041111 (2008)

    Article  ADS  Google Scholar 

  28. E.J. Takahashi, T. Kanai, K.L. Ishikawa, Y. Nabekawa, K. Midorikawa, Phys. Rev. Lett. 101, 253901 (2008)

    Article  ADS  Google Scholar 

  29. K.L. Ishikawa, E.J. Takahashi, K. Midorikawa, Phys. Rev. A 75, 021801(R) (2007)

    Article  ADS  Google Scholar 

  30. E.J. Takahashi, T. Kanai, K.L. Ishikawa, Y. Nabekawa, K. Midorikawa, Phys. Rev. Lett. 99, 053904 (2007)

    Article  ADS  Google Scholar 

  31. K. Schiessl, K.L. Ishikawa, E. Persson, J. Burgdorfer, Phys. Rev. Lett. 99, 253903 (2007)

    Article  ADS  Google Scholar 

  32. B.L. Henke, E.M. Gullikson, J.C. Davis, At. Data Nucl. Data Tables 54, 181 (1993)

    Article  ADS  Google Scholar 

  33. X-Ray Form Factor, Attenuation and Scattering Tables in The National Institute of Standards and Technology (NIST), http://physics.nist.gov/PhysRefData/FFast/html/form.html

  34. P. Colosimo, G. Doumy, C.I. Blaga, J. Wheeler, C. Hauri, F. Catoire, J. Tate, R. Chirla, A.M. March, G.G. Paulus, H.G. Muller, P. Agostini, L.F. DiMauro, Nat. Phys. 4, 386 (2008)

    Article  Google Scholar 

  35. A.D. Shiner, C. Trallero-Herrero, N. Kajumba, H.-C. Bandulet, D. Comtois, F. Légaré, M. Giguère, J.-C. Kieffer, P.B. Corkum, D.M. Villeneuve, Phys. Rev. Lett. 103, 073902 (2009)

    Article  ADS  Google Scholar 

  36. J. Tate, T. Auguste, H.G. Muller, P. Salieres, P. Agostini, L.F. DiMauro, Phys. Rev. Lett. 98, 013901 (2007)

    Article  ADS  Google Scholar 

  37. M.V. Frolov, N.L. Manakov, A.F. Starace, Phys. Rev. Lett. 100, 173001 (2008)

    Article  ADS  Google Scholar 

  38. K.L. Ishikawa, K. Schiessl, E. Persson, J. Burgdörfer, Phys. Rev. A 79, 033411 (2009)

    Article  ADS  Google Scholar 

  39. K.L. Ishikawa, E.J. Takahashi, K. Midorikawa, Phys. Rev. A 80, 011807(R) (2009)

    Article  ADS  Google Scholar 

  40. P. Lan, E.J. Takahashi, K. Midorikawa, Phys. Rev. A (in press)

  41. C.P. Hauri, R.B. Lopez-Martens, C.I. Blaga, K.D. Schultz, J. Cryan, R. Chirla, P. Colosimo, G. Doumy, A.M. March, C. Roedig, E. Sistrunk, J. Tate, J. Wheeler, L.F. DiMauro, E.P. Power, Opt. Lett. 32, 868 (2007)

    Article  ADS  Google Scholar 

  42. C. Vozzi, F. Calegari, E. Benedetti, S. Gasilov, G. Sansone, G. Cerullo, M. Nisoli, S.D. Silvestri, S. Stagira, Opt. Lett. 32, 2957 (2007)

    Article  ADS  Google Scholar 

  43. T. Fuji, N. Ishii, C.Y. Teisset, X. Gu, T. Metzger, A. Baltuska, N. Forget, D. Kaplan, A. Galvanauskas, F. Krausz, Opt. Lett. 31, 1103 (2006)

    Article  ADS  Google Scholar 

  44. D. Kraemer, M.L. Cowan, R. Hua, K. Franjic, R.J.D. Miller, J. Opt. Soc. Am. B 24, 813 (2007)

    Article  ADS  Google Scholar 

  45. O.D. Mücke, S. Ališauskas, A.J. Verhoef, A. Pugžlys, A. Baltuška, V. Smilgevičius, J. Pocius, L. Giniūnas, R. Danielius, N. Forget, Opt. Lett. 34, 2498 (2009)

    Article  Google Scholar 

  46. O.D. Mücke, D. Sidorov, P. Dombi, A. Pugžlys, S. Ališauskas, V. Smilgevičius, N. Forget, J. Posius, L. Giniūnas, R. Danielius, A. Baltuška, Opt. Spectrosc. 108, 456 (2010)

    Article  ADS  Google Scholar 

  47. M. Nisoli, S.D. Silvestri, V. Magni, O. Svelto, R. Danielius, A. Piskarskas, G. Valiulis, A. Varanavicius, Opt. Lett. 19, 1973 (1994)

    Article  ADS  Google Scholar 

  48. E.J. Takahashi, P. Lan, O.D. Mücke, Y. Nabekawa, K. Midoriakwa, Phys. Rev. Lett. (2010, in press)

  49. T. Tomie, H. Shimizu, T. Majima, M. Yamada, T. Kanayama, H. Kondo, M. Yano, M. Ono, Science 252, 691 (1991)

    Article  ADS  Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

  1. Extreme Photonics Research Group, RIKEN Advanced Science Institute, 2-1 Hirosawa, Wako, Saitama, 351-0198, Japan

    E. J. Takahashi, T. Kanai & K. Midorikawa

Authors
  1. E. J. Takahashi
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  2. T. Kanai
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  3. K. Midorikawa
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

Corresponding author

Correspondence to E. J. Takahashi.

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Cite this article

Takahashi, E.J., Kanai, T. & Midorikawa, K. High-order harmonic generation by an ultrafast infrared pulse. Appl. Phys. B 100, 29–41 (2010). https://doi.org/10.1007/s00340-010-4070-2

Download citation

  • Received:

  • Published:

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/s00340-010-4070-2

Keywords

Search

Navigation