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世界最快的80阿秒光脉冲在德国马普量子光学所研制成功
来源:  作者:本站

如要达到肉眼可见,抽样的时间必须快于激光样本。研究人员将相对较慢的激光脉冲射入氖气体团,激光促动氖原子以极紫外光短脉冲的形式释放出能量。而这些穿透脉冲的电子能量即可形成激光束的侧面图像。

实验过程中,研究人员利用了“啁啾介质反射镜”装置,该装置作为一种更有效的色散补偿元件,可直接从激光振荡器中获得短于10飞秒的光脉冲,或从脉冲和大压缩系统中获得短于5飞秒的光脉冲。正是这项技术将短脉冲推至极限。

目前,这台“相机”可以捕捉较大原子周围的电子运动图像。研究人员表示下一步研制的目标是持续24阿秒的光脉冲,因为24阿秒正是氢原子的电子从一端到另一端的时间。而以此为基础,仄秒光脉冲也终将实现,届时,则可以捕捉到原子核内部粒子的运动影像,原子单位便将不再神秘。


图片说明:新的80阿秒闪光可以对2.5飞秒光脉冲进行成像。(图片来源:Science)
不管你如何盯着看,都肯定无法看到它,因为它的持续时间实在是太短太短了。德国科学家的一项最新研究,找到了实现迄今最短的闪光的新方法,它的持续时间仅有80阿秒(attosecond,1阿秒为10的-18次方秒,飞秒(femtosecond)的千分之一),而此前的记录为2007年的130阿秒。新的超短光脉冲已经被用于捕获因太短而无法拍到的激光脉冲的图像。相关论文发表在6月20日的《科学》(Science)杂志上。

进行该项研究的是德国马普量子光学研究所的Eleftherios Goulielmakis和同事。他们制造光脉冲的方法是将相对更长(实际上也很短,只有2.5飞秒)的激发脉冲射向氖气云,受激的氖原子会以极紫外光(EUV)短脉冲的形式释放出能量。

需要指出的是,激发脉冲只包含一两个光波振动,因此其中蕴藏着紧密的能量冲击。为了实现这一点,研究人员利用了一种名为“啁啾反射镜”(chirped mirror)的装置,这种多层镜能够优化色散补偿,使处于脉冲前端的光子比较慢的后方光子传播更远的距离,这使“反射标记”有时间追上,从而创造出紧密的光子“包裹”,几乎在同一时间击中氖原子。

为了确证源自氖原子的闪光到底有多短,Goulielmakis等人将它们作为激发光,引入第二团氖气云。受激氖原子释放的电子被用作“闪光枪”(flashgun),照亮了一些初始的2.5飞秒激发脉冲。Goulielmakis解释说,“只有以(比2.5飞秒)更短的时间取样,才能让它们变得可见。”

通过纪录穿过脉冲的电子能量,研究人员得到了初始激光束的侧面图(如图),这有些类似于径赛中的终点摄影图像(photo-finish image)。利用电脑进行图像分析的结果表明,激发这些电子的新创造光脉冲持续时间仅有80阿秒,这是迄今为止的最短纪录。此前的记录为2007年创造的130阿秒。
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