工業(yè)級激光器助力阿秒激光科學研究
發(fā)布時間：2020-08-24 閱讀次數(shù)：
阿秒是一秒的十億分之一，1飛秒＝1000阿秒，精確到一阿秒的測量能力使研究人員能夠在原子和分子的自然時間尺度上研究電子的快速運動。（來源：OFweek激光網(wǎng)）
測量這種快速運動可以幫助研究人員了解光如何與物質(zhì)相互作用的基本方面，從而為獲取太陽能發(fā)電、探測化學和生物武器、進行醫(yī)療診斷等工作提供信息。
今天發(fā)表在《科學進展》（Science Advances）雜志上的一項新研究，中佛羅里達大學的研究人員詳細介紹了他們是如何幫助開拓阿秒科學領(lǐng)域的。
中佛羅里達大學物理系副教授、研究主要負責人邁克爾·奇尼表示：“阿秒科學研究所面臨的主要挑戰(zhàn)之一就是它依賴于世界一流的激光設(shè)備，我們很幸運在中佛羅里達大學有一個，而且全世界可能還有12個。但不幸的是，它們都不是真正的‘用戶設(shè)施’，其他領(lǐng)域的科學家難以利用它們進行研究。”
奇尼說，這種障礙為想要研究阿秒科學的化學家、生物學家、材料科學家造成了影響，他們本可以將更多阿秒科學技術(shù)應用到他們的領(lǐng)域中獲益。
奇尼指出：“我們的研究方向是朝著使阿秒脈沖更容易獲得的方向邁出的一大步。我們的研究表明，工業(yè)級激光器現(xiàn)在可以用于產(chǎn)生阿秒脈沖，這種工業(yè)級激光器從普通市面上就能夠購買得到。”
奇尼說，這種裝置很簡單，可以與各種不同參數(shù)的激光器一起工作。
阿秒科學的工作原理有點像聲納或3D激光測繪，但規(guī)模要小得多。
當一個阿秒光脈沖通過一種材料時，與材料中的電子的相互作用會使脈沖扭曲。通過測量這些畸變，研究人員可以構(gòu)建電子的圖像，并制作出電子運動的影片。
通常，科學家利用復雜的激光系統(tǒng)來對阿秒科學領(lǐng)域進行研究，這就需要大型的實驗室設(shè)備和潔凈的房間環(huán)境。
為了制造阿秒研究所需的極短光脈沖（本質(zhì)上只包含電磁波的一個振蕩周期），還需要將激光傳播到充滿稀有氣體（如氙氣或氬氣）的導管中，以進一步在時間上壓縮脈沖。
但奇尼的團隊已經(jīng)開發(fā)出一種方法，可以從更常見的工業(yè)級激光器中獲得極少周期的脈沖。
他們利用分子氣體，如氧化亞氮，而不是稀有氣體，在導管中壓縮大約100個周期的工業(yè)級激光器脈沖，并改變脈沖通過氣體的長度。
研究人員最終演示了他們的試驗能把周期壓縮到1.6個，而且他們認為單周期脈沖是在技術(shù)范圍之內(nèi)的。
該研究另一主要負責人約翰·比塔爾表示：“氣體的選擇和脈沖的持續(xù)時間是關(guān)鍵。如果導管里充滿了分子氣體，特別是線性分子氣體，那么由于分子與激光場成對的趨勢，這種效應可能會增強。然而，只有當脈沖足夠長，既能誘導旋轉(zhuǎn)對準，又能感受到它所引起的效應時，這種由對準引起的增強才會出現(xiàn)。氣體的選擇是很重要的，因為轉(zhuǎn)動對準時間取決于分子的慣性，為了最大限度地增強，我們希望這與我們的激光脈沖的持續(xù)時間一致。”
比塔爾指出：“通過我們的研究，商業(yè)用工業(yè)級激光器就可以進行阿秒科學研究，為幾乎沒有激光背景的科學家的跨學科應用研究帶來了便利。”
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