阿秒光脉冲:探秘微观世界的时间之窗

2023年度诺贝尔物理学奖授予阿戈斯蒂尼、克劳斯和吕利耶,以表彰他们“在产生用于研究物质中电子动力学的阿秒光脉冲的实验方法”上做出的开创性贡献。人类对于物质本源的探索与追求是永不停歇的。物理学,从对物质构成和物质运动的哲学追问开始,逐渐演变成对微观世界和运动过程的实验探究。时间一直是物理学中最基本的参量,尤其在微观世界的探索中,微观粒子的运动在更短的时间尺度上进行。

超快激光的新前沿——阿秒科学

超短脉冲激光正在进行着从飞秒 (1fs=10 - 1 5s)向阿秒 (1attosecond =10 - 1 8s)的跨越 ,这一跨越对于激光原理和激光应用来说都有很重要的意义 .文章通过阿秒脉冲与飞秒脉冲比较来介绍超快激光的新前沿———阿秒科学 ,包括阿秒科学的诞生。

阿秒脉冲的发展及其在原子分子超快动力学中的应用

在过去20年里,激光技术的发展使阿秒科学成为一个新的研究领域,可为量子少体超快演化过程的研究提供新视角.当前实验室中制备的阿秒脉冲以孤立脉冲或脉冲串的形式被广泛应用于实验研究中,其超快变化的光场允许人们操控和跟踪电子在原子尺度的运动,实现对亚飞秒时间尺度电子动力学的实时追踪.本综述聚焦于阿秒科学的重要组成部分,即原子分子超快动力学研究的进展.首先介绍阿秒脉冲的产生和发展,主要包括高次谐波原理和孤立阿秒脉冲分离方法;然后系统地介绍阿秒脉冲在原子分子超快动力学研究中的应用,包括光电离时间延迟、阿秒电荷迁移和非绝热分子动力学等方面;最后对阿秒脉冲在原子分子超快动力学研究中的应用进行总结和展望.

利用阿秒激光追踪和控制原子分子内部电子的运动(英文)

随着强激光技术的快速发展,在物质与激光相互作用下,实验上发现了很多新奇的物理现象。这些现象成功地被各种理论模型和数值模拟所解释和证明。一种很重要的现象就是所谓的高次谐波产生:在原子和分子与强激光相互作用时,能够放出能量为基频光子能量几倍到几百倍的大能量光子。在实验上,人们已经可以通过合成截止频率附近的几个谐波来产生脉冲长度在阿秒量级的激光脉冲(1阿秒=10^(-18)s)。阿秒脉冲的获得开启了超快科学一个全新的领域:人们可以在电子运动的自然时间尺度上去探测和操控原子分子内部电子的运动,这是继飞秒科学后人们操控微观世界物质运动的又一大飞跃。在本文中,我们就最近几年我们在理论上所开展的阿秒物理做一个简单的综述,重点强调利用阿秒光去控制电子的电离动力学以及探测分子内部电子运动。

Yb:CaYAlO_(4)再生放大器

阿秒科学是驱动超强超快激光往高平均功率和短脉冲宽度方向快速发展的动力之一.本文针对高重复频率阿秒光源的实际需求,开展了基于国产Yb:CaYAlO_(4)晶体的再生放大理论和实验研究.在理论研究中,根据Yb:CaYAlO_(4)晶体的热透镜计算结果,设计了热稳定性良好的模式可调再生腔;并对晶体π和σ偏振的放大输出能量和光谱进行计算.在此基础上,开展了Yb:CaYAlO_(4)晶体不同偏振性质的再生放大实验研究.在晶体π偏振的实验中,获得了平均功率16.1 W、单脉冲能量1.61 mJ、光谱中心波长1030 nm、光谱半高全宽16 nm的放大输出,压缩后的激光脉冲宽度为149 fs,压缩效率为92.1%,峰值功率大于9.5 GW.在σ偏振获得了平均功率28.7 W、单脉冲能量2.87 mJ、光谱中心波长1037 nm、光谱半高全宽11 nm的放大输出,压缩后的激光脉冲宽度为178 fs,压缩效率为91.5%,峰值功率大于14.2 GW,光束质量因子M2<1.2.以上研究结果实现了目前Yb:CaYAlO_(4)晶体最高平均功率和最大单脉冲能量的输出.针对高重复频率阿秒光源、太赫兹和光参量放大领域的应用.后续计划增加两级行波放大实现平均功率200 W、脉冲能量20 mJ、脉冲宽度小于200 fs的激光输出.

从高次谐波到阿秒脉冲--2023年诺贝尔物理学奖评述

2023年诺贝尔物理学奖授予了皮埃尔·阿戈斯蒂尼、费伦茨·克劳斯和安妮·吕利耶,以表彰他们在产生阿秒光脉冲的实验方法研究中做出的贡献。物质的电子结构决定了其物理性质,自21世纪初随着阿秒光脉冲的出现而正式诞生的阿秒科学,首次为在电子本征的时间尺度内对电子运动的探测及调控提供了可能。文章将主要简述阿秒脉冲产生与测量技术的背景、原理及阿秒脉冲在探测和控制电子动力学过程中的应用。

超快光学与超强激光技术前沿研究

超快光学与超强激光技术是光学与激光领域的重大前沿,可望推动一批基础学科与高技术应用领域的发展.本文简要介绍了超快光学和超强激光技术领域的发展现状和趋势,包括超快激光和超强激光在粒子加速、阿秒科学、超快非线性光学、微纳制备、宽带光学频率梳等方向的发展与应用前景,以及发展更高性能的超强超短激光的前景和核心关键科学技术问题.

超强超短激光及其应用新进展

超强超短激光能在实验室内创造出前所未有的超高能量密度、超强电磁场和超快时间尺度综合性极端物理条件,在激光加速、阿秒科学、激光聚变、等离子体物理、核物理与核医学、原子分子物理、实验室天体物理、高能物理等领域具有重大应用价值,是当前国际科技重要前沿与竞争重点领域之一。文章简述了超强超短激光的基本概念,最新研究进展与未来发展趋势,以及我国超强超短激光的研究现状,最后简述了超强超短激光的应用示例。

强场超快激光驱动的液体高次谐波研究

强场超快激光与自然界四种物态(气体、固体、液体、等离子体)的物质非线性相互作用,均可辐射出光子能量为基频光几十甚至上百倍的电磁波,即高次谐波。高次谐波是强场物理领域一个非常重要的研究方向,是阿秒科学的基石。目前,气体、固体和等离子体高次谐波的研究已比较深入,其产生的实验条件和相关的物理机制较为清楚,而液体高次谐波的发展较为缓慢。由于液体体系的复杂性,实验和理论研究都具有很大的挑战性。文章将回顾液体高次谐波领域的实验进展,并从统计学的角度出发,介绍作者在相关物理机制的理论探索方面的结果,展望液体高次谐波领域未来的发展前景。