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阿秒激光简介

阿秒激光脉冲(1阿秒=10-18秒,为千分之一飞秒)是目前人们所能控制的最短时间过程,可用来测量原子内绕核运动电子的动态行为等超快物理现象。自本世纪初诞生以来,阿秒激光已在凝聚态物理、原子分子物理、X射线激光物理、化学等方面取得了系列重大应用突破,并衍生出新的研究领域──阿秒物理(Attosecond Physics)。由于阿秒激光的前沿性及技术的挑战性,迄今国际上只有为数不多的几个研究组实现了单个阿秒激光脉冲的测量。本研究组基于在超快激光研究领域十多年的研究基础,通过解决周期量级飞秒激光脉冲的产生、载波包络相位的长时间稳定、极紫外波段高次谐波相干辐射的控制、光电子动量时间飞行谱的空间分布测量等一系列技术难题,研制建成包括3.8fs驱动激光压缩器、气体高次谐波产生装置、阿秒条纹相机、XUV光谱仪及电子精密控制系统等单元设备在内的阿秒激光产生及测量装置,并利用这套装置成功地产生并测量到了脉冲宽度小于200as的单个阿秒激光脉冲,作为应用成果,并进一步实现了阿秒高次谐波光谱中的全量子轨道分辨。

CEP锁定的周期量级激光脉冲

左图是以CEP锁定的亚10fs钛宝石激光作种子脉冲的系统光路图,经CPA系统放大、压缩后,再注入到Hollow Fiber中进行光谱展宽,展 宽的超连续光谱经啁啾镜组补偿色散,得到脉冲宽度为3.8fs(仅1.5 个光周期)、能量为0.4mJ的激光脉冲(右上图)。通过独立锁定振荡 器和放大器的CEP,实现了长达7小时的CEP锁定(右下图)。 Optics Express 17, 6059(2009); CHIN. PHYS. LETT. 31, 084204(2014)

阿秒激光脉冲测量结果

 

左:高次谐波随CEP变化结果纪录;右:阿秒条纹扫描结果,表明单个阿秒脉冲的时间宽度为160as。

Opt. Express 19, 17408 (2011) ; Chin. Phys. Lett., 30(9), 093201 (2013); Opt. Express 21, 17498 (2013)

 

阿秒高次谐波光谱中的全量子轨道映射

 

利用阿秒装置研究了高次谐波中电子量子轨道分辨,首次在实验上 获得了全量子轨道在高次谐波光谱上的映射。通过改变CEP可以在阿 秒尺度上实现对量子轨道的操作与控制。量子轨道的分离实验结果有 助于深化人们对高次谐波产生和强场下电子激发等过程的认识。 Phys. Rev. Lett, 113, 073601 (2014)

 

阿秒激光产生及测量装置系统图

阿秒激光装置由阿秒激光产生、阿秒条纹相机测量、阿秒时间分辨应用以及XUV平场光谱仪等单元组成。以上述CEP锁定的周期量级激光脉冲 与惰性气体相互作用,所产生的高次谐波(HHG)即具有阿秒时间特性。利用阿秒条纹相机测量红外驱动激光与HHG共同作用产生的光电子谱扫 描条纹,得出单个阿秒脉冲宽度为160as,这是首次在国内测量得到的阿秒激光脉冲,标志着我们的研究进入到了阿秒世界。

 
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