动态

动态补偿阿秒脉冲啁啾的新方法强场高次谐波与阿秒脉冲是重要的前沿科学研究领域.阿秒脉冲能以前所未有的精度探测超快电子动力学,引起了人们的极大关注.目前,该领域最重要的科学目标之一就是要获得尽可能短的高次谐波阿秒脉冲.但是变换极限     

利用两束同色激光场与中红外场形成的组合场驱动氦原子产生单个阿秒脉冲

提出了使用两束同色激光场与中红外场形成的组合场驱动一维氦原子产生单个阿秒脉冲的方法. 通过数值模拟研究了氦原子在组合场驱动下发射高次谐波的特点, 谐波谱的截止位置可以拓展到I_p+12.6U_p, 对第二平台区域不同范围内高次谐波叠加均能得到单个阿秒脉冲, 最短脉宽达42 as, 尤其是对平台区域的前端进行叠加, 不仅可以得到单个阿秒脉冲,而且与截止位置附近高次谐波构造的阿秒脉冲相比, 强度提高了3 个数量级. 经过经典和小波分析发现, 中红外场的加入不仅使高次谐波谱平台区域得到了扩展, 同时还抑制了电子长路径对高次谐波的贡献.     

阿秒脉冲驱动激光发展现状及展望

阿秒光源是21世纪新兴的光源,其由于短脉冲、宽光谱、高时空相干性、可调谐等特点而被广泛应用于多学科领域,可以同时从阿秒时间尺度和纳米空间尺度对微观超快过程进行观测.阿秒脉冲的产生机制与一般超快激光不同,目前较为成熟的途径是通过超快激光与气体作用的高次谐波极端非线性过程来获得,因此,阿秒脉冲产生从根本上依赖于驱动源的性能.本文全面分析了基于高次谐波原理的阿秒脉冲驱动源的特点及发展现状,并介绍了阿秒脉冲驱动源的发展趋势.     

奇偶高次谐波光谱学研究进展

不对称分子由于对称破缺在强激光场中会辐射奇次和偶次谐波.研究表明,奇偶谐波辐射在频域上具有显著不同的特性.通过建立奇偶谐波辐射理论模型,进一步的研究指出,奇偶谐波携带着系统的不同信息,可通过提取奇偶谐波各自的特征信息,整合反演出系统的全部信息.上述奇偶分辨的高次谐波光谱学研究思路和相关理论模型已被广泛地应用于不对称分子的超快探测过程中,例如,可以用于重构不对称分子轨道,探测极性分子核的动力学,标定不对称分子取向度,探测多中心分子结构等;还可以用于探测不对称分子的形状共振和电荷输运等.奇偶高次谐波光谱学的研究与发展对推动谐波辐射在阿秒科学和化学反应中的应用发挥着积极作用.     

基于固体等离子体的阿秒高次谐波产生理论与实验进展

自从2001年首次产生并测量了阿秒(attosecond, 1 as=10-18s)脉冲之后,高次谐波和阿秒脉冲在原子分子物理、材料科学等领域得到了广泛的应用.但是,由于气体高次谐波方法产生的阿秒脉冲效率较低,阿秒脉冲能量受限,限制了阿秒时间动力学研究的探测方式(目前主要是IR(infrared)+XUV(extreme ultraviolet)泵浦/探测)及其在许多领域的应用.如何获得高亮度、大能量的阿秒脉冲一直是该领域的追求.高强度的相对论飞秒激光脉冲与固体密度等离子体相互作用,在高亮度、大能量高次谐波和阿秒脉冲产生上具有独特的优势,甚至可能获得远高于泵浦激光场强的谐波电场强度.本文对基于固体等离子体的阿秒高次谐波产生的物理机制和目前的实验研究进展作简要介绍.     

椭圆极化激光场驱动下氢原子发射高次谐波的特点

通过数值求解两维含时薛定谔方程,研究了在不同波长的椭圆极化激光驱动下氢原子发射高次谐波的特点,得到了氢原子所产生的高次谐波谱截止位置处发射效率随椭偏率的依赖关系.研究结果表明,在激光光强保持不变的情况下,激光波长越大,截止位置处谐波发射效率对椭偏率的依赖越强;而在相同的激光波长驱动下,随着激光光强的增大,氢原子高次谐波谱截止位置处的效率随着驱动场椭偏率的增大下降得更快.最后,利用不同波长下高次谐波发射效率随椭偏率的依赖关系,通过数值计算和拟合研究了电子波包在隧穿电离后的横向扩散速率,研究发现在谐波截止位置附近由ADK模型得到的横向扩散速率比数值求解两维含时薛定谔方程得到的结果约小17%,正是这种横向扩散速率偏小的原因导致由ADK模型计算的谐波发射效率随椭偏率的增大相对于实验结果来说下降的较慢,而数值求解两维模型原子得到的结果与实验结果一致.     

优化双色激光场产生高次谐波转化效率的理论研究

利用遗传算法优化单原子高次谐波场的强度,得到了最优双色激光场的波形.在800~3000 nm波长范围内,该双色场产生高次谐波的转换效率可提高一个数量级以上.进一步模拟了单双色场中单原子和宏观高次谐波场的转换效率随激光波长l的依赖关系.对单原子谐波场而言,波长标度律为λ~(-5)~λ~(-8),与已有结果符合得很好.而宏观谐波谱的强度随激光波长衰减得更快,其标度律为λ~(-8)~λ~(-13).与单色场相比,虽然双色场中的标度律未得到改善,但是谐波转换效率提高很大.     

产生和测量阿秒及飞秒软X-射线脉冲方法

报告了产生和测量阿秒及飞秒软X-射线脉冲的方法, 研究了高次谐波产生与激光相位之间的关系, 得到了时域内两个不同的辐射能量分布曲线. 这些结果有助于理解高次谐波产生的动力学过程. 可用脉冲光子能量的带宽值和两个参数化公式, 计算能量分布曲线的时间宽度. 为了更好地研究和模拟脉冲的传输及与介质的相互作用, 往往需要指定脉冲的光子能量和带宽等参数. 这两个公式在实验上可用于分析所选择脉冲的能量带宽值和时间宽度之间的关系. 所提出的变换方程和相关的光电子激光相位确定法, 能用来直接从光电子能谱得到阿秒及飞秒软X-射线脉冲的时间结构, 而不需要预先假设脉冲的频率分布和强度分布形状, 也不需要与实验测量数据进行拟合计算. 这些方程和方法是超快速测量的基础, 能用于评估超短X-射线脉冲光源的技术参数, 推动新一代光源技术和应用研究的进一步发展. 它们具有很宽的时间测量范围和极高的时间分辨率, 将使超快速测量以及飞秒和阿秒定时技术达到计量学的精度, 并使之发展成为标准化的测量方法, 进一步促成物理、化学及生物学新的研究高潮. 同时, 对阿秒和飞秒X-射线脉冲的应用及测量方面的理论和技术难题作了简要的讨论.     

从光电效应、波粒二象性到阿秒脉冲——2023年诺贝尔物理学奖

2023年诺贝尔物理学奖被授予皮埃尔·阿戈斯蒂尼、费伦茨·克劳斯和安妮·吕利耶，以表彰他们在阿秒脉冲的实验实现上作出的先驱性贡献。从电磁波的概念孕育之初到光电效应的揭示，再到激光与高次谐波的发现，人类渐渐揭示了光与物质交织舞蹈的深层复杂性。阿秒脉冲技术如同一把精致的钥匙，解锁了之前无法触及的物理世界的极短时间尺度的奥秘。如今，阿秒脉冲技术已广泛应用于能源、信息科技、医学等领域的研究，为我们提供了一种强大的探测手段。随着技术的不断发展和完善，我们有理由相信，在不远的将来它将在基础科学的探索和工业的革新中，产生更多意想不到的突破和飞跃。     

精密度的追求

锁模飞秒激光产生的光频梳完全革新了光频率的计数技术。有了它们，只需要一步就可以将光学频率和微波频率连接起来，它们还提供了长期缺失的光学原子钟的钟表机构。通过扩展时间和频率的度量衡学的极限，它们使基本物理定律新的检验成为可能。通过用铯原子钟的微波频率对氢原子和其他原子的光学共振频率的精密比较，将确定基本物理常数可能的缓慢变化的灵敏度极限。光学高次谐波的产生将频梳技术扩展到极端紫外，开启了精密激光光谱学新的光谱领域。频梳技术也通过对超快激光脉冲的电场的控制成为阿秒(attosecond)科学的关键。     

相对论自聚焦对激光脉宽的要求

短脉冲强激光在等离子体中的稳定传播与许多现象,如:激光等离子体加速器、相干短波长辐射源以及ICF中的快点火等许多问题,都有着直接的联系.如何使短脉冲强激光在等离子体中稳定传播及提高其传播长度成为人们关注的焦点问题之一.实现短脉冲强激光在等离子体中传播时形成光波导的方式主要有两种,即相对论自聚焦和等离子体通道口.相对论自聚焦的机理在于,强激光驱动下的等离子体中的电子做相     

二次谐波发射的时间截止或迟后特性

我们曾报道过激光与等离子体相互作用中的二次谐波发射的时间积分特性(参见J.Appl.Phys.,Vol.54,1983,4902)及短脉冲(100ps)激光打靶中的时间分辨特性(参见中国科学,A辑,1984,8:475),本文将进一步报道,在较宽(底宽～1ns)脉冲激光打靶的条件下,我们所观察到的不同于短脉冲激光打靶时的二次谐波发射的新特性,特别是在时间分辨特性上的截止或迟后发射的行为。 实验仍用我所的六路钕玻璃激光装置中的一束激光辐照平面靶完成,但激光脉宽已改为FWHM～(300—600)ps,而其底宽则达ns量级。所用平面靶材料有低Z(如C,CH_2,Mg等)与高Z(如Au)两     

利用“交流斯塔克效应”实现激光冷却气体原子

激光冷却和捕陷气体原于是激光光谱学中极为重要的新课题。本文提出利用光频移效应实现激光辐射冷却气体原子的建议。光照射原子可引起能级移动,这个现象称为光频移效应或交流斯塔克效应。实验证明,在激光照射下,光频移可达数千兆赫芝,并且能级移动是准瞬时的。用一个具有三能级系统的原子为例来说明这个建议。用一个强脉冲激光照射原子,激光频率ν_((?)2)接近两激发态的共振频率。在激光场的作用下中间能级将向下移动△E_(?),从微扰理论给出能级的移动为:     

光声光谱在分析化学中的应用

调制光脉冲在吸收介质中转变为声脉冲的过程,称为光声效应。这种效应的机理,就是在没有萤光或光化学反应时,试样所吸收的光量子通过非辐射过程衰变为热脉冲,并以声的形式出现。利用光声效应的检测方法是十分灵敏的,它可以分析气体、液体和固体中的痕量杂质。由于信号正比于被吸收的光功率,因此,光声检测法最好用激光激发,它是萤光检测法的补充。正象萤光分析法一样,这种方法在出现高功率激光器之后,才被充分应用。目前它在检测气体痕量元素     

相对论自聚焦对激光脉宽的要求

<正>短脉冲强激光在等离子体中的稳定传播与许多现象,如:激光等离子体加速器、相干短波长辐射源以及ICF中的快点火等许多问题,都有着直接的联系.如何使短脉冲强激光在等离子体中稳定传播及提高其传播长度成为人们关注的焦点问题之一.     

高重复频率高次谐波驱动源技术

超快驱动光源技术的不断进步激发了极紫外阿秒脉冲在原子分子的精密光谱学及超快动力学研究中的巨大潜力.本文回顾了高重复频率飞秒激光驱动高次谐波产生的发展历程,并以高重复频率极紫外光源的应用为切入点梳理了钛宝石激光系统、掺镱光纤激光系统以及掺镱全固态激光系统等驱动光源的参数特点、适用范围以及发展趋势等.最后,提出了用以驱动兆赫兹量级重复频率高次谐波产生的紧凑型全固态放大方案.     

激光引起金属靶层裂的实验研究

激光引起金属靶的层裂,目前国外只有少量文献有报道,并主要集中在铝、铜材料。由于脉冲强激光能产生10~7s~(-1)以上的超高应变率,它为在实验室内研究这样极端条件下的材料的断裂行为和机理,提供了几乎唯一的加载手段。本文简要报道我们在中国科技大学“华光”10~(10)W钕玻璃激光器上所做的铝和铁靶层裂实验的初步结果。这是我国首次利用强激光装置实现金属层裂的尝试,为强激光破坏效应的研究提供了现实的前景。     

从啁啾脉冲放大到强场激光物理——2018年诺贝尔物理学奖解读

1985年,Donna Strickland和Gérard Mourou等提出了啁啾脉冲放大(chirped pulse amplification,CPA)技术的概念,这是超高峰值功率超短脉冲激光技术发展的一个重要里程碑,直接推动了超强超短激光和强场激光物理等研究领域的诞生。目前,利用CPA技术已经可以获得峰值功率达到10拍瓦(PW,1 PW =10¹⁵ W)量级的激光脉冲,被认为是“将影响从聚变到天体物理的每一项研究”的成果。也正因此,发明啁啾脉冲放大(CPA)技术的法国科学家Gérard Mourou和加拿大科学家Donna Strickland,获得了2018年诺贝尔物理学奖。首先,初步介绍了Strickland和Mourou提出的啁啾脉冲放大(CPA)技术;然后,结合上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点室在超强超短激光技术和强场激光物理研究等方面的成果,以及承担的国家重大科技基础设施项目“上海超强超短激光实验装置”,简单介绍了Gérard Mourou和Donna Strickland 获奖的意义;最后,对相关领域未来发展进行了初步的展望。     

二次谐波回旋管产生0.42THz辐射输出

太赫兹辐射源在太赫兹科学技术中占有重要地位,回旋管是一种高功率太赫兹相干辐射源器件,具有广泛的应用前景.电子科技大学研制出一支0.42THz二次谐波回旋管,并进行了实验测试.实验结果表明在磁场强度8.1T时,该二次谐波回旋管产生了0.423THz的辐射输出,脉冲宽度5?s,功率约为4.4kW.这是目前我国真空电子学器件产生的最高频率的太赫兹辐射输出.     

啁啾优化飞秒脉冲抽运GaP产生高功率0.3mW宽带太赫兹波

在基于光整流效应的PCF飞秒激光抽运GaP晶体产生宽带THz波的实验中,重点研究了抽运脉冲特性与THz产生效率的关联性.证明了GaP晶体辐射THz波的效率与抽运脉冲的啁啾特性相关;在相同脉冲宽度抽运下,负啁啾脉冲更加有效,这对于基于飞秒激光抽运产生THz波的其他方法有指导意义;并通过优化预赋抽运脉冲的负啁啾量,在抽运功率21 W的条件下,获得了0.3 mW的高重复率宽带THz波输出.