阿秒脉冲（10¹秒）是人类迄今掌握的最短时间标度工具，使直接观测和控制原子内电子超快动力学成为可能。从2000年至今，阿秒脉冲的发展经历了三个阶段（图1）。最初十年，主要采用钛宝石飞秒激光器（中心波长为800 nm），通过空芯光纤压缩脉冲获得4–5 fs的驱动脉冲，再经高次谐波产生（HHG）获得孤立阿秒脉冲。受限于驱动光谱与相位匹配条件，该类脉冲光子能量一般低于150 eV，脉宽约60 as。为进一步缩短脉宽，需拓展谐波谱的覆盖范围。2010年后，科研人员采用中红外（~1.8 μm）光参量放大系统作为HHG的驱动源，将高次谐波扩展至软X射线“水窗”区域，将脉宽纪录推进至40–50 as。本文研究团队采用亚5 fs的1030 nm驱动光源，有效抑制电离引起的相位失配，提升了HHG的截止能量，最终实现了25 as的当前最短脉冲纪录[1]。

图1 阿秒脉冲发展历程[1]

系统如图2所示，使用中心波长为1030 nm的掺镱飞秒激光装置，经压缩后获得3.7 fs、1 mJ的驱动脉冲。该光束经分束镜分为外圈强脉冲（用于HHG）与内圈弱脉冲（用于表征）。内圈脉冲经电控延迟镜精确调节后，与外圈脉冲由银镜共同聚焦至氦气腔产生阿秒脉冲。随后，小孔滤除残余红外光，仅使XUV与中心红外光通过。后续采用中心开孔的熔融石英滤光片补偿内圈脉冲延迟，并通过可更换的金属薄膜滤波片截断低能XUV成分并补偿阿秒啁啾，最终两束光由抛物面镜聚焦至探测区完成同步测量。

图2系统装置图[1]

在XUV阿秒脉冲实验中，金属滤波片用于截断连续谱中的低能成分。本研究对比了四种滤波片（图3）：锡膜透射阈高于120 eV，会截断150 eV以上的高能成分；锆膜（60–150 eV）的透射沿会引入反向群延迟色散，影响脉冲质量；铝膜在73 eV以下和200 eV以上透射，与实验光谱不匹配。最终选用碳膜，其透射范围覆盖50–280 eV，涵盖本实验大部分XUV光谱，对高能成分截断少，色散影响小，更符合实验需求。经碳膜滤波后的光谱变换极限脉宽为11.4 as（图3F）。

图3 四种滤波片对比[1]

实验中利用碳膜的透射谱上升沿提供负群延迟色散（GDD），每200 nm厚度提供–400 as²GDD。通过系统调节碳膜厚度（200–600 nm），观察光电子条纹对称性变化以调控啁啾（图4）。无滤波片时条纹倾斜，表明存在正啁啾；随厚度增加，条纹趋于对称，500 nm时接近完全对称，反映阿秒啁啾得到有效补偿，脉冲接近变换极限。厚度增至600 nm时条纹反向倾斜，说明过度补偿引入负啁啾。最终通过优化厚度成功将脉冲压缩至25 as。

图4 阿秒脉冲恢复[1]

本研究采用毫焦级少周期掺镱光源有效提升HHG截止能量，成功获得25 as阿秒脉冲，光子通量超过10¹²/秒。该高通量输出与稳定的在线角分辨阿秒条纹相机相结合，催生了新的实验能力，为在电子与离子本征时间尺度开展研究开辟了广阔前景。

参考文献：[1] Gao J, Hasan M, Liang H, et al. Bright 25-attosecond light pulses reach the one atomic unit of time[J]. arXiv preprint arXiv:2508.14774, 2025.

       原文标题 : 超快非线性光学技术之八十 高通量25阿秒脉冲产生