研究人员用工业激光器产生阿秒激光

中佛罗里达大学的研究人员正在让各个学科的研究人员更容易接触到阿秒科学的前沿领域。

今天发表在《科学进展》(Science Advances)杂志上的一项新研究，详细介绍了他们是如何帮助开拓阿秒科学领域的。

1阿秒是10^-18秒，精确到1阿秒的测量能力使研究人员能够在原子和分子的自然时间尺度上研究电子的快速运动。

测量这种快速运动可以帮助研究人员了解光如何与物质相互作用的基本方面，从而为获取太阳能发电、探测化学和生物武器、进行医疗诊断等工作提供信息。

“阿秒科学的主要挑战之一是它依赖于世界一流的激光设备，”中佛罗里达大学物理系的助理教授和这项研究的主要研究者Michael Chini说。“我们很幸运在中佛罗里达大学有一个，而且全世界可能还有12个。但不幸的是，它们都不是真正的‘用户设施’，其他领域的科学家可以利用它们进行研究。”

Chini说，这种获取途径的缺乏为化学家、生物学家、材料科学家和其他可能从将阿秒科学技术应用到他们的领域中获益的人制造了障碍。

Chini说:“我们的工作在使阿秒脉冲更广泛地可获得的方向上迈出了一大步。”

“我们展示了工业级激光器，这种标价约10万美元的激光器可以从几十家供应商那里购买，现在可以用来产生阿秒脉冲。”

基尼说，这种装置很简单，可以与各种不同参数的激光器一起工作。

阿秒科学的工作原理有点像声纳或3D激光测绘，只是规模小得多。当一个阿秒光脉冲通过一种材料时，与材料中的电子的相互作用使脉冲扭曲。通过测量这些畸变，研究人员可以构建电子的图像，并制作电子运动的电影。

通常，科学家使用复杂的激光系统，需要大型的实验室设备和洁净的房间环境，作为驱动激光的阿秒科学。

为了制造阿秒研究所需的极短光脉冲(本质上只包含电磁波的一个振荡周期)，还需要将激光传播到充满稀有气体(如氙气或氩气)的管中，以进一步在时间上压缩脉冲。

但Chini的团队已经开发出一种方法，可以从更常见的工业级激光器中获得如此少周期的脉冲，而以前的工业级激光器只能产生长得多的脉冲。

他们利用分子气体，如氧化亚氮，而不是稀有气体，在管中压缩大约100个周期的工业级激光器脉冲，并改变脉冲通过气体的长度。

研究人员说，在他们的论文中，他们演示了压缩到只有1.6个周期，单周期脉冲是在技术范围之内的。

该研究的第一作者，中佛罗里达大学物理系的博士生John bear说，气体的选择和脉冲的持续时间是关键。

“如果试管中充满了分子气体，特别是线性分子气体，由于分子倾向于与激光场对齐，可以增强效果，”Beetar说。

“然而，只有当脉冲足够长，既能诱导旋转对准，又能体验到由它引起的效果时，这种对准引起的增强才会出现，”他说。“气体的选择很重要，因为旋转对准的时间取决于分子的惯性，而为了使增强效果最大化，我们希望它与我们的激光脉冲的持续时间一致。”

“使用商用工业级激光器降低了复杂性，这可以使阿秒科学更加容易实现，也可以使几乎没有激光背景的科学家进行跨学科应用”Beetar说。

原文链接：https://phys.org/news/2020-08-attosecond-industrial-laser.html