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中科院提出测量单个阿秒脉冲载波包络相位的新方案

2013-10-09 00:02
魏丁小陆
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  ——中科院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室与意大利米兰理工大学合作提出了测量单个阿秒脉冲载波包络相位(CEP)的新方案,研究成果发表在9月16日出版的国际学术期刊《物理评论快报》上[Phys. Rev. Lett. 111, 123901 (2013)]。文章首次提出了利用周期量级近红外脉冲产生的域上电离波包与阿秒脉冲产生的单光子电离波包的干涉来测量单个阿秒脉冲的CEP,这为完全描述阿秒脉冲时域电场和拓展阿秒测量学等领域提供了新思路。

  单个阿秒脉冲对研究原子分子亚飞秒时间尺度下的超快电子动力学过程有着重要的应用,如何从时域和频域上完全描述阿秒脉冲,不仅对阿秒测量学有着重要的意义,而且对分析、理解以及进一步控制各种超快过程有着重要的作用。传统的基于FROG型的阿秒条纹技术利用弱红外光辅助下的阿秒光电离,可以完全重建红外光的时域电场,以及阿秒脉冲的极紫外光谱相位,但其中存在一个不能确定的常数相位因子,这对应于时域上阿秒脉冲的CEP不能测量。本项研究发现,如果增加传统阿秒条纹技术中红外光的强度,使得气体靶原子能够产生域上电离,并且使得散射电子波包的能谱与阿秒单光子电离的能谱重合,那么通过测量角度分辨的光电子能谱可以观察到强烈的干涉现象。研究进一步证明了光电子谱干涉条纹的位置携带了单个阿秒脉冲CEP信息,从而获得了一种测量CEP的全新方案。

(a) 单个阿秒脉冲三个CEP下光电子干涉能谱。

(b) [0, 2π] 范围内扫描单个阿秒脉冲的CEP,光电子能谱干涉条纹的移动

  以前的研究也表明周期量级阿秒脉冲的CEP能够影响光电子发射的不对称性,但是这个效应要在阿秒脉冲的峰值强度大于10^14W/cm2才能体现出来,当前的阿秒实验技术无法获得如此高的聚焦光强。本项研究提出的新方案结合当前可以利用的实验条件,所需的光强只要求10^11-10^12W/cm2,降低了两个数量级,便可以清晰地观察到阿秒脉冲的CEP效应。

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