激光直接度量阿秒电子动力学研究获进展

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激光制造网Laser    2020-12-14    517

近日,中国科学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在阿秒电子动力学领域取得进展,采用高对比度飞秒激光脉冲技术与等离子体镜锁相机制,解决了飞秒激光脉冲与阿秒电子脉冲的时空同步难题,实验中观测到电子在光场调制下的空间条纹图,实验验证了“全光阿秒电子示波器”的可行性。该研究揭示了强光场下固体表面阿秒时间尺度超快而复杂的电子动力学过程,为从飞秒电子度量学跨越到阿秒电子度量学提供了新参考。相关研究成果以Direct mapping of attosecond electron dynamics为题,发表在《自然-光子学》(Nature Photonics)上。

光子与电子相互作用是自由电子激光、阿秒科学和物质科学的前沿问题之一。超快电子学研究目前已达到飞秒(fs, 10-15秒)量级时间分辨率,并在超快电子显微镜、超快条纹相机和自由电子激光方面取得丰硕进展,但是原子、分子和凝聚态物质内部的动力学研究需要亚飞秒甚至阿秒(as, 10-18秒)时间分辨率。通过飞秒光场直接度量电子的亚周期动力学特性,可以提供前所未有的阿秒级时间分辨率,但飞秒激光脉冲与阿秒电子脉冲难以实现高精度时空同步。

强场激光物理国家重点实验室创新发展了XPWG+OPA [Optics Express 26, 2625-2633 (2018)]等技术,有效提升现有百太瓦和拍瓦级超强超短激光系统时间对比度,相应技术已进一步应用于国家重大基础设施上海超强超短激光实验装置(SULF)[High Power Laser Science and Engineering 8, e4 (2020)]。实验中,研究人员利用高对比度的800nm飞秒激光脉冲聚焦到反射镜面上,如图1所示,电子在激光锁定相位下以阿秒电子脉冲链形式出射,解决了激光光场-阿秒电子脉冲之间的精确时空同步的难题。

研究工作得到中科院战略性先导科技专项(B类)、中科院超强激光科学卓越创新中心、国家自然科学基金优秀青年项目、中科院基础前沿科学研究计划、中科院青年创新促进会等的支持。(来源:中国科学院上海光学精密机械研究所)


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