Sự tương tác giữa các xung lade mạnh, cực ngắn, phân cực thẳng với nguyên tử với các đám nguyên và với các phân tử gây ra sự phát các bức xạđiều hòa có tần số gấp nhiều lần tần số trường lade ban đầu trong vùng XUV hoặc vùng tia X mềm của phổ, gọi là sự phát các sóng hài bậc cao: High-order Hamornics Generation (HHG).
Hình 2.9: Hiện tượng phát xạ HHG
HHG chính là những photon sinh ra với tần số lớn là một số nguyên lần tần số của xung lade chiếu tới. Photon phát ra có những tính chất tương tự như ánh sáng lade chiếu tới: nó xuất hiện như một chùm sáng có hướng và có thể được nén thành một xung ngắn.
Với nhu cầu tạo ra xung ánh sáng siêu ngắn, các nhà nghiên cứu đã nghĩ đến việc sử dụng chính các electron trong nguyên tử . Các electron này khi tương tác với hạt nhân sẽ bức xạ ra sóng điện từ dưới dạng các photon, thông thường nếu các điện tử do chịu ảnh hưởng bởi trường ngoài và bị kích thích phát xạ thì những phát xạ này rất nhỏ, không thể phát hiện được. Các nhà nghiên cứu đã đặt vấn đề rằng nếu có thể tác dụng một trường ngoài đủ mạnh để cho các electron thoát ra khỏi hố thế của nguyên tử và quay trở lại kết hợp với hạt nhân mẹ của nó và đồng thời phát ra photon năng lượng cao. Vì electron được dao động trong một điện trường ngoài nên năng lượng của electron khi tương tác với hạt nhân mẹ sẽ lớn, nhờ vậy sóng phát ra sẽ có năng lượng lớn hơn bình thường.
Do đó, ban đầu các thí nghiệm về sự phát xạ sóng hài bậc cao được tiến hành với mục đích chính là để khảo sát những điều kiện quang học cần thiết cho sự phát xạ sóng hài bậc cao, từ đó phát
triển nguồn phát xạ ánh sáng xung ngắn trong vùng XUV và vùng tia X mềm. Tuy nhiên, trong quá trình tìm hiểu về phổ phát xạ của sóng hài đối với một số phân tử đơn giản, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng phổ phát xạ sóng hài phụ thuộc vào sự định hướng của trục phân tử. Hơn nữa, sự phát xạ sóng hài xảy ra tại thời điểm tái kết hợp electron và ion mẹ, do đó các nhà nghiên cứu đã cho rằng sóng hài bậc cao mang thông tin cấu trúc của phân tử. Từ đó đã mở ra một hướng nghiên cứu mới trong vật lý học: sử dụng sóng hài bậc cao phát ra khi cho lade xung ngắn, cường độ mạnh tương tác với phân tử, nguyên tử để tìm hiểu về thông tin cấu trúc của các phân tử. Đây là một trong những lĩnh vực thu rút nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu trên thế giới [6], [7], [9].