3月18日，北京大學喬賓教授團隊與合作者在《物理評論快報》[Physical Review Letters 124, 114802 (2020)]發(fā)表論文“Giant Isolated Attosecond Pulses from Two-Color Laser-Plasma Interactions”，提出了強激光驅(qū)動產(chǎn)生孤立高亮阿秒脈沖全新方案！
自激光問世以來，人們的努力方向主要有兩個：超快，超強。超短脈沖激光為人們探索微觀世界提供強大的技術手段，通?？梢杂闷っ朊}沖觀測分子狀態(tài)，用飛秒脈沖探測化學鍵或小分子振動，而電子運動則需要阿秒脈沖才能分辨。由于阿秒脈沖技術在控制生化反應及探索疾病的微觀起源、提升電子器件運行速度和發(fā)展超導技術帶動能源革命方面具有重要應用前景，科學家們不斷探索，也不斷刷新脈寬紀錄。要真正將阿秒脈沖用于探測和控制電子的超快運動過程，需要同時具備三個特點：亮度高、脈沖短、和獲得孤立的單個阿秒脈沖。這就像照相一樣，不僅需要閃光亮度足夠高、速度足夠快，還需要保證每次照相快門只能閃光一次。
圖 1：雙色激光與納米薄靶相互作用產(chǎn)生孤立的高亮阿秒脈光的模型圖
目前，阿秒脈沖輻射主要是利用低功率的弱激光驅(qū)動惰性氣體通過電離-加速-復合過程產(chǎn)生的高次諧波來獲得。但是此種方式最大的問題之一是阿秒脈沖的亮度非常低。北京大學喬賓教授與合作者提出了一種通過雙色高功率強激光（>100太瓦）與薄靶相互作用獲得孤立的高強度阿秒輻射脈沖光的全新方案。研究發(fā)現(xiàn)雙色光與薄靶作用時會發(fā)生完全不同于單色光作用下的非線性動力學過程，當將雙色光的的基頻光成份和二倍頻光成份的相位差控制為、能量占比控制為十分之一時，可以控制靶內(nèi)電子的運動狀態(tài)，在靶破前，阻止靶內(nèi)電子丟失，調(diào)控薄靶在一個周期內(nèi)由幾乎完全反射入射激光的狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆干錉顟B(tài)，納米靶中的電子層在這個突變周期內(nèi)被全部推出靶外，加速、壓縮形成高密高能的納米電子層，電子層在透明激光場中發(fā)生強相干同步輻射，不僅使得我們在反射和透射方向都獲得孤立的阿秒脈沖光，而且脈沖強度達到單色光作用下的近40倍。PRL審稿人對該方案給出了高度評價，認為這是一項重大的科學進步，提出了利用高功率強激光物質(zhì)相互作用將孤立阿秒脈沖推向更高亮度的全新方案，有望將相干阿秒脈沖光的強度推進至相對論參數(shù)區(qū)域，光譜頻率推進至X甚至光波段。
文章介紹：
北京大學喬賓團隊博士研究生張玉雪為該論文第一作者，喬賓教授為通信作者，德國耶那大學Matthew Zepf教授為論文共同通訊作者，合作者包括北京應用物理與計算數(shù)學研究所賀賢土院士等。該研究工作得到了國際自然科學基金委重點基金、杰出青年基金、挑戰(zhàn)計劃、國家重點研發(fā)計劃的大力支撐。
論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.114802
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