TW201924491A - 緊聚焦架構下高次諧波光源產生之最佳化系統及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種緊聚焦架構下高次諧波產生之最佳化系統及方法。此系統及方法利用雷射在緊聚焦下，利用產生大量游離造成的光場快速發散來輔助高次諧波相位匹配。如何利用散焦效應達相位匹配，是可簡單透過調節光圈的孔徑大小來正確彌補， 精確控制調節高次諧波中心能量及擴展其截止頻率。

Description

緊聚焦架構下高次諧波產生之最佳化系統及方法
本發明係關於一種高次諧波產生之最佳化系統及方法，更精確的說，本發明係關於一種在緊聚焦架構下，藉由調整簡易光圈尺寸、透鏡聚焦位置與氣體容器壓力達成相位匹配的高次諧波產生之最佳化系統及方法。
超快同調極紫外（Extreme Ultraviolet, EUV）光源的技術近年來受到了極大的關注，特別是通過高次諧波產生（High order harmonic generation, HHG）製造桌上型極紫外或軟X光光源。 通過將強雷射束聚焦到氣態靶中，束縛電子可被雷射游離至自由態，然後此自由電子被驅動雷射場加速獲得動能，隨著雷射電場方向反轉，部分電子被拉回撞擊母離子( recombine with its mother ion)產生高次諧波極紫外及軟X光光源。
通過這種非線性轉換的過程，提供了從飛秒（10-15 秒）至埃秒（10-18 秒）脈衝寬的極紫外與軟X射線同調光源，以便能夠空間解析奈米影像、時間解析化學、材料與生物系統的超快動力學。
然而，由於在高次諧波產生之過程中，較高能量的光子轉換效率較低，因此迄今為止，大多數此光源的應用僅僅用於相對低能量的EUV波長。轉換效率低並非由於缺乏適當的雷射強度，而是由於難以克服諧波與驅動雷射之間相位不匹配(phase-mismatch)的問題。尤其因雷射產生高次諧波的過程，同時將氣體離子化，過多的自由電子導致相位不匹配及雷射發散效應。
因此，需一種能解決高次諧波產生相位不匹配問題的系統及方法 。
為了解決上述問題，本發明之一種態樣在於提供一種緊聚焦架構下高次諧波產生之最佳化方法，並用電漿產生之散焦效應使高次諧波相位匹配，亦即，找尋最合適的幾何架構，使一目標高次諧波相位匹配，光通量最大化，其包含下列步驟：採用緊聚焦架構進行高次諧波產生之初始化，緊聚焦架構依序沿著光軸設置雷射光源、可調整光圈、聚焦透鏡及連接氣體源之氣體容器及其氣壓，其中緊聚焦架構至少可以產生高次諧波光束，氣體容器具有短於該雷射光源之聚焦共焦參數(confocal parameter)之單元長度（cell length），且聚焦透鏡具有驅動機構，經配置以沿著該光軸調整該聚焦透鏡之位置；設定一目標光子能量（ℏω）；持續調整該光圈之孔徑及調整該雷射光於該氣體容器中之聚焦位置，同時調整該氣體容器之壓力；以光偵測器接收高次諧波光束； 接收高次諧波光束之光通量（φℏ ω ）以計算模組計算優化； 根據光通量判斷目標高次諧波光束之光通量（φℏ ω ）是否已達最大化，利用計算模組，算出需要的散焦大小來幫助相位匹配，回饋變換更短的聚焦透鏡及更短的氣體單元，調整光圈之孔徑、聚焦透鏡及氣體容器之壓力，比較及選出不同聚焦透鏡及不同氣體單元長度下，光通量（φℏ ω ）最佳化參數 – （聚焦長度，氣體單元長度，光圈孔徑，雷射聚焦位置，氣體單元氣壓）等五項參數，則最佳化完成。
較佳者，雷射光源可採用各種波長及對應之各種氣體雷射，且較佳波長可為800nm。
較佳者，氣體容器可由塑膠、金屬、玻璃、陶瓷組成。
較佳者，高次諧波產生之最佳化方法可進一步包含使用濾光片、極紫外光及軟X光繞射光柵，其設置於緊聚焦架構與光偵測器之間，以將產生之高次諧波引導至光偵測器。
較佳者，濾光片可由任何薄膜製成，較佳為Al或Zr，且高次諧波產生之最佳化方法可進一步包含以極紫外光及軟X光繞射光柵前方之KB鏡 (Kirkpatrick-Baez)、環形面鏡(toroidal mirror)、橢圓鏡(elliptical mirror) 等將高次諧波極紫外光引導至光偵測器。
較佳者，氣體容器之長度小於聚焦的共焦參數(confocal parameter)，實際長度由最佳化決定。
根據本發明的另一個態樣，提供一種緊聚焦架構下高次諧波產生之最佳化系統，其包含緊聚焦架構、光偵測器、優化計算模組、控制模組及處理裝置。緊聚焦架構，其沿著光軸依序包含雷射光源、可調整光圈、聚焦透鏡及氣體容器，聚焦透鏡連接於驅動機構，驅動機構經配置以沿著光軸調整聚焦透鏡於光軸上之位置。氣體容器連接於氣體源，其中，緊聚焦架構經配置以至少產生高次諧波光束，且氣體容器具有短於雷射光源之聚焦之的共焦參數(confocal parameter)之單元長度（cell length）。光偵測器經配置以接收高次諧波光束。優化計算模組經配置以計算所接收之高次諧波光束之光通量（φℏ ω ），控制模組分別與可調整光圈、可切換聚焦透鏡、驅動機構、氣體容器及氣體源連接，經配置以控制可調整光圈之孔徑、該雷射光源於該氣體容器中之聚焦位置、該氣體容器之長度、該可切換聚焦透鏡選擇之透鏡及該氣體源。處理裝置分別與控制模組及計算模組連接，經配置以根據光通量（φℏ ω ）判斷目標高次諧波光束之光通量是否最大化，比較及選出不同聚焦透鏡及不同氣體單元長度下，光通量（φℏ ω ）最佳化參數 – （聚焦長度，氣體單元長度，光圈孔徑，雷射聚焦位置，氣體單元氣壓）。處理裝置經配置以根據雷射光源之雷射能量配置可切換聚焦透鏡選擇複數個透鏡之其中之一以設置於光軸上，使雷射光源聚焦於氣體容器以游離氣體容器中之氣體，並且在計算模組計算所接收之高次諧波光束之光通量時，經配置以持續調整可調整光圈之孔徑及聚焦位置，使高次諧波光束之光通量最佳化，處理裝置經配置以調整氣體單元氣壓，使目標高次諧波光通量(φℏ ω )最佳化，處理裝置經配置以執行一A迴圈及一B迴圈，在該A迴圈中，以該處理裝置變換長度更短的聚焦氣體容器，在該B迴圈中，以處理裝置配置該可切換聚焦透鏡選擇該複數個透鏡之更短聚焦之其中之一，並同時記錄對應各迴圈中優化該光圈孔徑、該雷射聚焦位置、該氣體單元之氣壓後最佳化之該高次諧波光束之光通量；以及處理裝置經配置以從所記錄之最佳化之該高次諧波光束之光通量中選出對應於最佳之該高次諧波光束之光通量之該聚焦長度、該氣體單元之長度、該光圈之孔徑、該雷射聚焦位置及該氣體單元之氣壓。
舉例為藉由本發明之高次諧波產生之最佳化方法及系統，調整可調整光圈之孔徑尺寸，來控制25飛秒、800nm的驅動雷射的高次諧波產生，用此優化法則，能夠將Ar氣體的中央高次諧波能量從傳統的45eV調整至65eV。其展現了極高的光通量與較廣的高次諧波能量可調範圍，從約35eV至約70eV。
另外，本發明之高次諧波產生之最佳化系統及方法，相較於氣體噴流或波導架構，本發明採用短小、高氣體壓力容器、配上緊聚焦之雷射光束及雷射散焦效應，可延展高次諧波截止能量高過70 eV（傳統使用800nm光源於氣體Ar，截止能量為45 eV）、 亦成功的增強了65eV區域的轉換效率，高達400倍以上。
藉由上述配置，本發明的緊聚焦高次諧波產生方法可具有以下優勢：此優化方式利用了雷射散焦效應，解決了傳統高次諧波高能量EUV相位不匹配的問題，通過使用簡易光圈，可以適當地控制散焦效應的強度來選擇相位匹配高次諧波光子的能量，譬如利用此發明，使用800nm的光源在Ar氣體容器產生高通量50〜70eV的高次諧波極紫外光源，促進空間解析生物與奈米成像、時間解析超快元件及磁光效應等。此外，此種優化程序（散焦輔助高次諧波相位匹配），不只適用於800nm光源，可用於其他不同波長的光源產生的高次諧波，譬如1030 nm 或是 1550 nm 等光源。
為利 貴審查員瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。
於此使用，詞彙“與/或”包含一或多個相關條列項目之任何或所有組合。當“至少其一”之敘述前綴於一元件清單前時，係修飾整個清單元件而非修飾清單中之個別元件。
以下將根據附圖詳細說明本發明之緊聚焦架構下高次諧波產生之最佳化系統1，請參考第1圖，其係為根據本發明的實施例繪示高次諧波產生之最佳化系統1的示意圖。如圖所示，高次諧波產生之最佳化系統1包含緊聚焦架構100，其沿著光軸OPT依序包含雷射光源102、可調整光圈104、可切換聚焦透鏡106、氣體容器108及光偵測器116。其中，可切換聚焦透鏡106包含聚焦長度不同之複數個透鏡，且連接於驅動機構110，驅動機構110經配置以沿著光軸OPT調整可切換聚焦透鏡106於光軸上之位置。氣體容器108連接於氣體源GS，其中緊聚焦架構100經配置以至少產生高次諧波光束，且氣體容器108具有短於該雷射光源之聚焦之 共焦參數(confocal parameter)之單元長度（cell length）。
續言之，高次諧波產生之最佳化系統1還包含光偵測器116用於接收所產生之高次諧波光束，以便後續計算高次諧波光束之頻譜。需要說明的是，在緊聚焦架構100與光偵測器116之間，還進一步沿著光軸OPT設置有濾光片112及EUV繞射光柵114。較佳的，EUV繞射光柵114後方還設置有KB鏡，其用途將在下文中說明。
如圖所示，高次諧波產生之最佳化系統1包含分別連接可調整光圈104、驅動機構110、氣體源GS及光偵測器116的電腦系統118。電腦系統可包含計算模組120、控制模組122及處理裝置124，此等模組可以實行對應下文所描述功能的硬體、軟體程式碼或韌體來實現。
其中，計算模組120係經配置或執行軟體程式碼來計算所接收之高次諧波光束之光通量，而控制模組122係主要用於電性連接並控制可調整光圈104、可切換聚焦透鏡106、驅動機構110、氣體容器108、氣體源GS、變更聚焦透鏡及氣體單元長度，進而控制可調整光圈104之孔徑、附接於驅動機構110之可切換聚焦透鏡106之位置，氣體容器108之長度以及氣體源GS之參數，包含氣體種類、流量、壓力等等。
詳細來說，可調整光圈104可具有軸向控制馬達來控制光圈孔徑的大小，而驅動機構110可具有沿著光軸OPT設置的步進馬達，但不限於此，可包含任何可精準控制可切換聚焦透鏡106於光軸OPT上位置的電子控制系統。另外，氣體源GS可為氣體控制系統，其可具有複數個氣體槽或鋼瓶用於存放不同種類的氣體，並且亦具有複數個泵、氣體閥與氣體管路，藉此控制流量、氣體種類及氣體容器108中之氣體壓力。
需要說明的是，電腦系統118之處理裝置124可分別與控制模組120及計算模組122電性連接，經配置或執行以下優化法則執行以下步驟。
首先，電腦系統118選定目標高次諧波光子能量，處理裝置120根據雷射光源102之雷射能量配置可切換聚焦透鏡106選擇複數個透鏡之其中之一，以設置於光軸OPT上，使雷射光源102聚焦於氣體容器108以游離氣體容器108中之氣體。同時，在計算模組122計算所接收之該高次諧波光束之光通量時，配置處理裝置120以持續調整可調整光圈104之孔徑及聚焦位置，使高次諧波光束之光通量最佳化。
進一步，配置處理裝置120來調整氣體源GS之參數，以改變氣體單元108中之氣壓，使目標高次諧波光通量(φ/ℏω)最佳化。並且，處理裝置120進一步配置以執行第一迴圈及第二迴圈（如第5圖流程圖中之迴圈A與迴圈B），在第一迴圈中，處理裝置120控制可切換聚焦透鏡106選擇更短之聚焦透鏡，而在第二迴圈中，處理裝置120控制減少氣體容器108之長度，並同時記錄最佳化之高次諧波光束之光通量。
最終，處理裝置120從所記錄之最佳化之高次諧波光束之光通量中選出對應於最佳之該高次諧波光束之光通量之各參數，包含透鏡厚度、聚焦位置、氣體源GS之氣壓、氣體容器108之長度等，則代表最佳化完成，產生最佳化完成命令，並可選的將各參數輸出產生最佳化結果。
詳細來說，本發明之高次諧波產生之最佳化系統係基於三維（3D）數值模型及理論解釋，因適當的散焦效應可補償高次諧波相位不匹配的問題。這與傳統的相位匹配方法不同，過多的游離電子限制了相位匹配。 本發明使用了雷射本身的散焦效應，相位匹配需在高強度、短氣體容器長度與高壓下進行。相位匹配可藉由調整光圈的孔徑來實現，由於自由電子引起的高次諧波相位錯位，可藉散焦效應 ，短距離之內雷射強度快速下降引起的高次諧波相位的變化來平衡之。透過簡易光圈調整高次諧波相位匹配，來調整調節高次諧波中心能量及擴展其截止頻率。本發明之最佳化方法還提高了選擇性諧波的轉換效率，使得EUV光源的應用能夠更加的廣泛。
以下詳細說明高次諧波產生之最佳化系統及其原理。非線性效應產生高次諧波，第q 階諧波沿著z軸路徑z=0 傳播至z=L 後的光通量，需積分此路徑上不同位置所有q 階諧波的總和，數學表示為，其中表示第q 階諧波的振幅，為雷射光（頻率）及第q 階諧波電場（頻率）之間的相位錯位，如達相位匹配時，第q 階諧波電場可達最大通量，即此積分有最大值。但是當雷射光束聚焦至氣體單元中產生高次諧波， 會有高次諧波的相位（）、目標氣體本身 （）、電漿體（）、及古依相移（Gouy phase shift –）等，造成相位錯位使。尤其在本發明提出的緊聚焦架構、高壓氣體容器中，雷射突然遭遇到高氣壓氣體介質，會產生大量游離並釋放出大量自由電子（電漿體）。在時間上，自由電子導致雷射相位錯位，在空間上，自由電子導致雷射光束發散，並降低雷射強度 。 然而，在適當的雷射強度下，自由電子導致的雷射相位錯位剛好可由散焦過程中高次諧波的相位來彌補，相位匹配係由上述可調整光圈104與驅動雷射相對於氣體容器108的聚焦位置共同來控制使。請參考第2圖。
在本發明的架構中，一個舉例為 25fs、600µJ、波長800nm的脈衝雷射由雷射光源102被可切換聚焦透鏡106聚焦至填充有Ar氣的氣體容器108中，如第1圖所示。雷射光源102為高品質光束。其具有高斯強度分佈，且具有8mm的光束直徑W0 。氣體容器108由丙烯酸管組成，左右兩端孔由雷射打穿，孔徑小，以將真空系統的負擔降至最低，同時亦在雷射進入氣體容器108前免除電漿產生的雷射散焦效應。此外，在光軸OPT上，在可切換聚焦透鏡106前方約5公分處放置有可調整光圈104，調變雷射光源102的光束大小。此外，可切換聚焦透鏡106附接於驅動機構110，驅動機構110經配置以沿著光軸OPT調整聚焦透鏡106於光軸OPT上之位置。調整可切換聚焦透鏡106位置的同時，亦會調整雷射光源102於氣體容器108中的聚焦位置。在沒有氣體及可調整光圈104的情況下，聚焦的光束直徑可達約45µm，峰值強度可達約3.6×1015 W/cm2 ，且雷射光束的焦深(confocal parameter)距離為約4mm。在此高強度下，Ar氣體可輕易的被離子化，進而在氣體容器108中在脈衝尖峰處產生多個帶電的Ar離子（具有＞300%的游離率）。上述參數係基於Ammosov-DeloneKrainov（ADK）離子化模型來計算。
清楚可知的，當雷射脈衝與氣體介質交互作用時，會游離氣體產生高電漿濃度，同時也引發散焦效應改變雷射強度。在氣體容器108後方設置有Al或Zr濾光片，濾掉800 nm光源，但EUV會穿透， KB鏡可設置於EUV繞射光柵前方， 不同能量高次諧波聚焦於光偵測器不同位置上。
為了顯示幾何優化對高次諧波能量的重要性，且顯示光圈大小幫助調控高次諧波能量，在第3圖中，準備三個幾何結構 –(a)『長』聚焦 f=70 cm ; 「短」氣體單元，(b)『短』聚焦 f=30 cm ; 「長」氣體單元，及(c) 『短』聚焦 f=30 cm ; 「短」氣體單元，經過（光圈孔徑、雷射聚焦位置、氣體單元長度、氣體氣壓）優化後，很明顯幾何形狀”(c)『短』聚焦加上「短」氣體單元”可以產生較高的截止能量，圖3(d)數據也顯示，其係為藉由本發明的最佳化系統（『短』聚焦加上「短」氣體單元），藉調整光圈大小A可以幫助調整高次諧波的中心能量，使高次諧波從35 eV 調控至 70 eV，其原因為這樣的緊聚焦架構而言，高雷射場強非常容易游離目標氣體產生自由電子（電漿），同時輕易的產生散焦效應，用適當的光圈孔徑控制散焦效應，可調節高次諧波相位匹配是。本發明的優化過程已考慮如何調控散焦效應，如何挑選適當聚焦長度及氣體單元長度及調控氣壓使目標光子光通量最佳化。
藉由添加可調整光圈104將調變雷射光源102光束大小，請參考第1圖至第3圖，短的氣體容器108可提供以下優勢：
首先，使用『短』聚焦、「短」氣體單元，藉由精準控制光圈孔徑調變雷射光束大小，能超越傳統相位匹配限制的截止能量約45eV（使用800 nm 光源在Ar氣，產生高次諧波）。
再者，使用『短』聚焦、「短」氣體單元及此發明優化方式，使65eV區域中的轉換效率跟傳統『長』聚焦，大幅提昇了400倍以上。
此外，本發明的最佳化方法亦可在緊聚焦架構下提供廣域的高階諧波。
使用短的氣體容器108，當可調整光圈102的孔徑尺寸改變時，高次諧波發生顯著的選擇性和可調性。如第3圖(d)所示，當可調整光圈102的孔徑尺寸從0.6W0 變化到0.9W0 時，諧波頻譜的中心能量從35eV連續移動到70eV，儘管孔徑大於0.9W0 時諧波變弱。 這是因為過多的電子密度引發的雷射散焦，使雷射的強度變得太弱。雖本實施例中僅採用0.8mm長的氣體容器108，但不限於此，聚焦長度可以更短及氣體容器108之長度可更短，只需根據此發明的優化程序選定 。
依據前述之最佳化系統，本發明更提供一種緊聚焦架構下高次諧波產生之最佳化方法，具體而言，其係應用前述實施例所提到的電腦系統118及緊聚焦架構100來執行，請參考第4圖及第5圖之流程圖，其包含下列步驟：
步驟S1，採用緊聚焦架構進行高次諧波產生之初始化，緊聚焦架構依序沿著光軸設置雷射光源、可調整光圈、可切換聚焦透鏡及連接氣體源之氣體容器，其中，緊聚焦架構至少產生高次諧波光束，氣體容器具有短於雷射光源之聚焦之共焦參數(confocal parameter)之單元長度（cell length），且聚焦透鏡具有驅動機構，經配置以沿著光軸調整該聚焦透鏡之位置。
需要詳細說明的是，高次諧波產生之初始化包含下列步驟：選定透鏡，使聚焦恰好可游離目標氣體；產生高次諧波光束； 初選該氣體容器之氣體容器長度(cell length)等於該雷射光源之聚焦共焦參數(confocal parameter)；及配置該驅動機構以沿著該光軸調整該聚焦跟氣體單元之相對位置。
步驟S2，以光偵測器接收該高次諧波光束。
步驟S3，以計算模組計算所接收之該高次諧波光束之光通量。
步驟S4，配置處理裝置，以進行高次諧波產生之最佳化。
更進一步依據第5圖說明最佳化流程：
步驟S41，設定優化目標/選定一高次諧波光子能量(ℏω)；
步驟S42，根據使用雷射能量選擇聚焦透鏡，使聚焦強度恰好可游離目標氣體；
步驟S43，以處理裝置選擇氣體單元長度等於聚焦共焦參數；
步驟S44，以處理裝置調整光圈孔徑及聚焦位置，使目標高次諧波光通量(φ/ℏω)最佳化；
步驟S45，以處理裝置調整氣體單元氣壓，使目標高次諧波光通量(φ/ℏω)最佳化；
步驟S46，配置處理裝置及變更氣體單元之長度 （迴圈A）變更聚焦透鏡（迴圈B），記錄優化後最佳化的光通量(φ/ℏω)；
步驟S47，配置處理裝置根據所記錄之優化後最佳化的光通量(φ/ℏω)，選出光通量(φ/ℏω)最佳化參數 ，亦即，聚焦長度，氣體單元長度，光圈孔徑，雷射聚焦位置及氣體單元氣壓。
本發明通過控制驅動雷射的快速自散焦(rapid self-defocusing)效應來增展高次諧波截止能量。此方法是利用快速雷射散焦引入額外的高次諧波的相位()，此相位可通過調節光圈的孔徑來精確控制及校正相位匹配，因此用光圈可調節高次諧波能量及增展其截止頻率。此方法除可在實驗室中輕易實現，可以用於任何雷射波長，且延用於其他原子、分子及固態材料產生高次諧波。這種相位匹配的新方案和概念將對高次諧波產生效率、埃秒(attosecond)科學與非線性光學領域產生巨大的影響。
當本發明的實施例參考其例示性實施例被特別顯示及描述時，其可為所屬技術領域具有通常知識者理解的是，在不脫離由以下申請專利範圍及其等效物所定義之本發明的精神及範疇內，可對其進行形式及細節上的各種變更。
1‧‧‧高次諧波產生之最佳化系統
100‧‧‧緊聚焦架構
OPT‧‧‧光軸
102‧‧‧雷射光源
104‧‧‧可調整光圈
106‧‧‧聚焦透鏡
108‧‧‧氣體容器
110‧‧‧驅動機構
GS‧‧‧氣體源
112‧‧‧濾光片
114‧‧‧EUV繞射光柵
116‧‧‧光偵測器
118‧‧‧電腦系統
120‧‧‧計算模組
122‧‧‧控制模組
124‧‧‧處理裝置
S1～S4、S41～S48‧‧‧步驟
本發明之上述及其他特徵及優勢將藉由參照附圖詳細說明其例示性實施例而變得更顯而易知，其中：
第1圖係為根據本發明的實施例繪示的高次諧波產生之最佳化系統的示意圖。
第2圖說明利用散焦效應幫助高次諧波產生及如何使用光圈控制相位匹配，利用緊聚焦產生強電漿及其散焦效應，使用光圈調整散焦效應可修正緊聚焦、短氣體單元架構中相位匹配問題（），控制高次諧波中心能量及延伸高次諧波截止能量，利用散焦效應時需使用較短的氣體單元及精確調整氣體單元位置，精確參數由此發明的優化法則得知。
第3圖係為藉由本發明的最佳化系統實例說明，跟傳統長聚焦架構沒有利用任何散焦效應相比，使用短聚焦、短氣體單元且利用光圈可優化產生延伸高次諧波截止能量，且利用光圈大小可精確控制高次諧波中心能量。
第4圖及第5圖係為根據本發明的實施例繪示的高次諧波產生如何優化示意圖。

Claims (10)

  1. 一種緊聚焦架構下高次諧波產生之最佳化方法，其包含下列步驟： 採用一緊聚焦架構進行高次諧波產生之初始化，該緊聚焦架構依序沿著一光軸設置一雷射光源、一可調整光圈、一可切換聚焦透鏡及連接一氣體源之一氣體容器，其中該可切換聚焦透鏡經配置以在聚焦能力不同之複數個透鏡之間切換，且具有一驅動機構， 其中，高次諧波產生之初始化包含： 選定一透鏡，使聚焦恰好可游離目標氣體； 產生一高次諧波光束； 初選該氣體容器之氣體容器長度(cell length)等於該雷射光源之聚焦共焦參數(confocal parameter)；及配置該驅動機構以沿著該光軸調整該聚焦跟氣體單元之相對位置； 設定一目標高次諧波光子能量； 持續調整該光圈之孔徑，及調整聚焦透鏡位置、變更雷射聚焦位置相對於該氣體容器的位置； 以一光偵測器接收該高次諧波頻譜； 以一計算模組計算所接收之該目標高次諧波光束之光通量並同時配置該處理裝置持續調整該可調整光圈之孔徑、聚焦位置，使目標高次諧波光束之光通量最佳化； 以該計算模組，計算所需之散焦大小，使目標高次諧波達相位匹配，以該處理裝置調整該氣體單元氣壓，使目標高次諧波光通量(φ/ℏω)最佳化； 執行一A迴圈及一B迴圈，在該A迴圈中，以該處理裝置變換長度更短的聚焦氣體容器，在該B迴圈中，以該處理裝置配置該可切換聚焦透鏡選擇該複數個透鏡之更短聚焦之其中之一，並同時記錄對應各迴圈中優化該光圈孔徑、該雷射聚焦位置、該氣體單元之氣壓後最佳化之該高次諧波光束之光通量；以及 配置該處理裝置從所記錄之最佳化之該高次諧波光束之光通量中選出對應於最佳之該高次諧波光束之光通量之該聚焦長度、該氣體單元之長度、該光圈之孔徑、該雷射聚焦位置及該氣體單元之氣壓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之高次諧波產生之最佳化方法，其中該雷射光源之波長為800nm或任意波長。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之高次諧波產生之最佳化方法，其進一步包含使用一濾光片、一極紫外光或軟X光繞射光柵，其設置於該緊聚焦架構與該光偵測器之間，以將產生之該高次諧波引導至該光偵測器。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之高次諧波產生之最佳化方法，其中該濾光片由Al或Zr製成，且進一步包含以該極紫外或軟X光繞射光柵前方之一KB鏡 (Kirkpatrick-Baez)、環形面鏡(toroidal mirror)、橢圓鏡(elliptical mirror) 等將該高次諧波引導至該光偵測器。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之高次諧波產生之最佳化方法，其中該氣體容器之長度小於雷射聚焦共焦參數(confocal parameter)，最佳氣體容器參數由優化決定。
  6. 一種緊聚焦架構下高次諧波產生之最佳化系統，其包含： 一緊聚焦架構，包含： 沿著一光軸依序設置之一雷射光源、一可調整光圈、一可切換聚焦透鏡及連接一氣體源之一氣體容器，其中該可切換聚焦透鏡經配置以在聚焦能力不同之複數個透鏡之間切換，且具有一驅動機構， 其中，該緊聚焦架構係為經過一高次諧波產生之初始化，其包含： 選定一透鏡，使聚焦恰好可游離目標氣體； 產生一高次諧波光束； 初選該氣體容器之氣體容器長度(cell length)等於該雷射光源之聚焦共焦參數(confocal parameter)；及 配置該驅動機構以沿著該光軸調整該聚焦跟氣體單元之相對位置； 一處理模組，係連接該雷射光源、該可調整光圈、該可切換聚焦透鏡及該氣體容器； 一光偵測器，經配置以接收該高次諧波頻譜； 一計算模組，經配置以計算所接收之該目標高次諧波光束之光通量， 其中，該處理模組經配置以執行以下步驟： 設定一目標高次諧波光子能量； 持續調整該光圈之孔徑，及調整聚焦透鏡位置、變更雷射聚焦位置相對於該氣體容器的位置； 以該光偵測器接收該高次諧波頻譜； 配置該計算模組以計算所接收之該目標高次諧波光束之光通量，且該處理模組經配置以持續調整該可調整光圈之孔徑、聚焦位置，使目標高次諧波光束之光通量最佳化； 配置該計算模組計算所需之散焦大小，使目標高次諧波達相位匹配； 調整該氣體單元之氣壓，使目標高次諧波光通量(φ/ℏω)最佳化； 執行一A迴圈及一B迴圈，在該A迴圈中，以該處理裝置變換長度更短的聚焦氣體容器，在該B迴圈中，以該處理裝置配置該可切換聚焦透鏡選擇該複數個透鏡之更短聚焦之其中之一，並同時記錄對應各迴圈中優化該光圈孔徑、該雷射聚焦位置、該氣體單元之氣壓後最佳化之該高次諧波光束之光通量；以及 配置該處理裝置從所記錄之最佳化之該高次諧波光束之光通量中選出對應於最佳之該高次諧波光束之光通量之該聚焦長度、該氣體單元之長度、該光圈之孔徑、該雷射聚焦位置及該氣體單元之氣壓。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之高次諧波產生之最佳化系統，其中該雷射光源之波長為800nm或任意波長。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之高次諧波產生之最佳化系統，其進一步包含使用一濾光片、一極紫外光或軟X光繞射光柵，其設置於該緊聚焦架構與該光偵測器之間，以將產生之該高次諧波引導至該光偵測器。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之高次諧波產生之最佳化系統，其中該濾光片由Al或Zr製成，且進一步包含以該極紫外或軟X光繞射光柵前方之一KB鏡 (Kirkpatrick-Baez)、環形面鏡(toroidal mirror)、橢圓鏡(elliptical mirror) 等將該高次諧波引導至該光偵測器。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之高次諧波產生之最佳化系統，其中該氣體容器之長度小於雷射聚焦共焦參數(confocal parameter)，最佳氣體容器參數由優化決定。
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