近期，西安光機(jī)所瞬態(tài)光學(xué)與光子技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室阿秒研究團(tuán)隊(duì)取得重要進(jìn)展，在攻克了一系列阿秒脈沖產(chǎn)生與測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)上，在實(shí)驗(yàn)上首次獲得了159as的孤立阿秒脈沖測(cè)量結(jié)果。
阿秒脈沖的產(chǎn)生機(jī)理來(lái)自超短超強(qiáng)激光與物質(zhì)極端非線性作用中的高次諧波產(chǎn)生過(guò)程，高次諧波在時(shí)域表現(xiàn)為間距半個(gè)光周期的阿秒脈沖序列，而對(duì)很多應(yīng)用來(lái)說(shuō)，需要從阿秒脈沖序列中選擇出單個(gè)或孤立阿秒脈沖，此外由于高次諧波的產(chǎn)生效率非常低（通常為10-6甚至更低），產(chǎn)生的阿秒脈沖能量非常低(一般為納焦或亞納焦級(jí))，傳統(tǒng)的飛秒脈沖自相關(guān)測(cè)量技術(shù)難以直接應(yīng)用。孤立阿秒脈沖的產(chǎn)生與測(cè)量已成為阿秒技術(shù)及應(yīng)用中的核心關(guān)鍵技術(shù)。
為了實(shí)現(xiàn)高效孤立阿秒脈沖的產(chǎn)生，團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)中首先將中心波長(zhǎng)750nm、載波包絡(luò)相位穩(wěn)定的少周期鈦寶石飛秒脈沖聚焦到Ne氣靶上激發(fā)出極紫外（XUV）波段的高次諧波，并采用雙光學(xué)選通門(mén)方法整形飛秒脈沖驅(qū)動(dòng)光電場(chǎng)形狀，使得只有半個(gè)驅(qū)動(dòng)光周期能夠產(chǎn)生阿秒脈沖輻射，實(shí)現(xiàn)了孤立阿秒脈沖的選通。同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)化效率的孤立阿秒脈沖產(chǎn)生，團(tuán)隊(duì)通過(guò)優(yōu)化驅(qū)動(dòng)光脈沖與惰性氣體相互作用參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)相位匹配，并采用薄膜濾波技術(shù)用于毫焦量級(jí)的紅外驅(qū)動(dòng)光與納焦量級(jí)的XUV阿秒脈沖的有效分離，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了孤立阿秒脈沖的色散補(bǔ)償。
此外，團(tuán)隊(duì)自主設(shè)計(jì)與研制了一套高能量分辨率阿秒條紋相機(jī)。阿秒條紋相機(jī)是目前孤立阿秒脈沖最為廣泛的測(cè)量方法，其原理是首先XUV阿秒脈沖與惰性氣體靶相互作用產(chǎn)生阿秒光電子，并在近紅外光電場(chǎng)中得到調(diào)制，通過(guò)時(shí)間延遲掃描獲得阿秒光電子譜圖，并通過(guò)反演重構(gòu)算法得到阿秒脈沖的光電場(chǎng)分布和脈沖寬度等信息，其核心技術(shù)是測(cè)量光電子動(dòng)量的時(shí)間飛行譜儀的設(shè)計(jì)與研制。團(tuán)隊(duì)利用電子光學(xué)技術(shù)自主設(shè)計(jì)并研制成長(zhǎng)度2m的時(shí)間飛行譜儀，該譜儀采取磁瓶式結(jié)構(gòu)，解決了光電離后發(fā)散角大導(dǎo)致的光電子收集效率低的難題。另外，采用實(shí)時(shí)反饋的同步鎖定技術(shù)實(shí)現(xiàn)了近紅外泵浦光與XUV探測(cè)光脈沖之間高精度的同步和穩(wěn)定。
基于以上關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，利用獲得的阿秒光電子條紋譜經(jīng)反演重構(gòu)算法得到了孤立阿秒脈沖的譜相位及脈寬信息，最終孤立阿秒脈沖寬度為159as，進(jìn)一步優(yōu)化色散補(bǔ)償過(guò)程，可獲得更窄的阿秒脈沖寬度。
該研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目、中科院創(chuàng)新國(guó)際團(tuán)隊(duì)、中科院關(guān)鍵技術(shù)人才團(tuán)隊(duì)、西部青年學(xué)者等項(xiàng)目的資助，該工作也得到中科院光電研究院李捷博士的大力幫助?。ㄋ矐B(tài)室 供稿）
阿秒脈沖時(shí)域及相位分布
阿秒脈沖光譜及相位分布
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