阿秒光脉冲
发光持续时间极短的光脉冲
阿秒光脉冲是一种发光持续时间极短的光脉冲,其脉冲宽度小于1fs。
发展历史
1993年,诺贝尔物理学奖获得者亨施提出对高次谐波采用傅里叶合成的方法产生阿秒光脉冲。
1994年,莱文斯坦小组提出了基于量子理论的高次谐波产生的强场近似模型(SFA)。在这个理论中,他们假设(i)不考虑激发态的贡献;(ii)忽略基态的衰减;(iii)连续态电子不受原子核的库仑作用。1996年,莱文斯坦小组从理论上证明了单原子模型的计算可以产生阿秒光脉冲。在同一年,赫里斯托夫等人采用单原子三维模型计算利用小于10fs的激光脉冲产生宽带高效谐波,再通过滤波可以产生100as左右的X射线阿秒光脉冲。
2001年,奥地利维也纳技术大学的克劳茨研究组在实验上成功地利用气体高次谐波产生了脉宽为650 as的单个光脉冲,使光脉冲宽度达到阿秒量级。
2006年,桑索内等利用偏振时间门技术使用5 fs的激光脉冲产生130as的单阿秒光脉冲。同样基于偏振时间门技术的原理,美国堪萨斯州立大学常增虎教授等提出了双光学时间门和广义双光学时间门方案,他们可以让产生单阿秒光脉冲的驱动激光脉冲宽度长达28fs。双色场时间门方案则是利用高次谐波产生对激光电场强度的敏感特性,采用基频激光叠加一个倍频激光电场合成驱动激光电场。中国科学院上海光学精密机械研究所曾志男等人采用双色相干控制方法可以获得148eV的超宽光谱,理论上这么宽的光谱可以合成小于24 as的超短阿秒光脉冲。
2012年,常增虎教授研究小组利用其提出的双光学时间门方案,产生了67 as 的单阿秒光脉冲。
2017年7月在西安举行的第六届国际阿秒物理会议上,常增虎教授研究小组和瑞士的沃纳研究小组同时宣布了利用中红外激光采用偏振门技术产生了53 as的单阿秒光脉冲。一个多月后,沃纳研究小组经过优化,突破了50as大关,产生了43as的单阿秒光脉冲。
应用情况
阿秒光脉冲具有极端超快的特性,人们采用阿秒光脉冲结合泵浦——探测技术已经可以探测数十阿秒的超快电子动力学过程,并且能够在原子尺度内实时控制电子的运动。阿秒光脉冲的应用是人类正在开拓的一个全新科学领域,它不仅能帮助科研人员分析原子和分子内电子的运动过程、原子核结构等基础物理学问题,也在为材料科学和生命科学等提供全新的研究手段。
人们应用阿秒光脉冲研究原子和分子中的超快电子动力学,关于原子的物理现象主要是原子内电子电离、多电子俄歇衰变、电子激发弛豫和成像等,而关于分子的研究主要是分子的解离过程和控制、分子的振动和转动与超快电子运动的耦合等。例如,德国的克劳茨研究组采用250as的阿秒光脉冲作用氖原子和氙原子研究电子的激发和隧穿电离,观察到了氖的二价正离子的产率上升时间为400as。2017年,加拿大的维伦纽夫研究组采用阿秒脉冲串联合红外激光电场实现了对氖原子的阿秒电子波包的成像。
最新修订时间:2023-12-05 16:24
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概述
发展历史
参考资料