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激光直接度量阿秒電子動力學(xué)實(shí)驗(yàn)示意圖

中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場激光物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究人員采用高對比度飛秒激光脈沖技術(shù)與等離子體鏡鎖相機(jī)制，解決了飛秒激光脈沖與阿秒電子脈沖的時(shí)空同步難題，實(shí)驗(yàn)中觀測到電子在光場調(diào)制下的空間條紋圖，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了“全光阿秒電子示波器”的可行性。該研究成果近日發(fā)表于《自然—光子學(xué)》。

光子與電子相互作用是自由電子激光、阿秒科學(xué)和物質(zhì)科學(xué)的前沿問題之一。超快電子學(xué)研究目前已達(dá)到飛秒量級時(shí)間分辨率，并在超快電子顯微鏡、超快條紋相機(jī)和自由電子激光方面取得豐碩進(jìn)展，但是原子、分子和凝聚態(tài)物質(zhì)內(nèi)部的動力學(xué)研究需要亞飛秒甚至阿秒時(shí)間分辨率。通過飛秒光場直接度量電子的亞周期動力學(xué)特性，可以提供前所未有的阿秒級時(shí)間分辨率，但飛秒激光脈沖與阿秒電子脈沖難以實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)空同步。

為此，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所科學(xué)家基于級聯(lián)的交叉偏振波和飛秒光產(chǎn)量放大效應(yīng)，發(fā)展了新型的脈沖凈化技術(shù)，有效提升了現(xiàn)有百太瓦和拍瓦級超強(qiáng)超短激光系統(tǒng)時(shí)間對比度，相應(yīng)技術(shù)已進(jìn)一步應(yīng)用于國家重大基礎(chǔ)設(shè)施上海超強(qiáng)超短激光實(shí)驗(yàn)裝置。在這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，研究人員利用高對比度的800納米飛秒激光脈沖聚焦到反射鏡面上，電子在激光鎖定相位下以阿秒電子脈沖鏈形式出射，解決了激光光場—阿秒電子脈沖之間的精確時(shí)空同步的難題。

專家表示，這項(xiàng)研究揭示了強(qiáng)光場下固體表面阿秒時(shí)間尺度超快而復(fù)雜的電子動力學(xué)過程，實(shí)現(xiàn)對自由電子脈沖序列阿秒動力學(xué)的直接探測，為從飛秒電子度量學(xué)跨越到阿秒電子度量學(xué)提供了新的參考。