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商用工业级激光器可以产生阿秒光脉冲

工业激光器
发布:2020-09-18 14:08:35    

激光照射在气室中,UCF研究人员在该气室中产生阿秒脉冲

得益于美国中央佛罗里达大学(UCF)的研究人员的研究,超快过程的研究将变得更加广泛,他们已经证明,商用的工业级激光器可以产生阿秒的光脉冲。到目前为止,此类脉冲只能在拥有复杂激光系统的大型实验室中产生。

研究人员通过将阿秒光脉冲穿过材料来进行阿秒规模的测量。当该脉冲与材料内部的电子相互作用时,它会失真。通过监视这些畸变,科学家可以创建电子的3D地图并制作其运动的电影。例如,氢的经典玻尔模型表明,一个电子大约需要150阿秒(10 -18 s)才能绕过氢核。因此,具有阿秒精度的测量结果使研究人员能够研究亚原子级的运动,这对于理解基本的物理现象(例如光与物质之间的相互作用)至关重要。

但是,目前只有在世界一流的激光设备中才能进行此类测量。尽管UCF拥有这样的设施,但全球范围内又有大约十二个设施存在,但团队负责人Michael Chini解释说,这些设施都没有真正以用户设施的身份运作-也就是说,允许其他领域的科学家短期进入并使用其设施的机构研究设备。他说,这种无法获得的机会为化学家,生物学家,材料科学家和其他人提供了障碍,他们可以从将阿秒科学技术应用于他们的工作中受益。

从工业级激光器获得几个周期的脉冲

阿秒级实验中使用的极短光脉冲由电磁波的单个振荡周期组成。通常通过飞秒(10 -15 s)激光脉冲通过填充有稀有气体(例如氩气或氖气)的管子传播飞轮来产生这种循环。光脉冲和气体之间的相互作用拓宽了它们的光谱,从而有可能在时间上进一步压缩它们。

Chini及其同事现在已经开发出一种从工业级激光器中获得这种短周期脉冲的方法,该脉冲以前只能产生持续时间更长的脉冲。他们通过压缩装有分子气体而不是稀有气体的试管中大约100个周期的脉冲并改变通过试管发送的脉冲的长度来实现自己的壮举。该程序可以将脉冲压缩45倍,从而将脉冲压缩到仅1.6个振荡周期。Chini说,那时,他们表明,他们可以利用这些压缩脉冲产生极紫外超连续谱来产生阿秒脉冲,他将其称为“阿秒脉冲产生的标志”。

气体和脉冲持续时间的选择是关键

研究主要作者约翰·比塔尔(John Beetar)指出,初始激光脉冲的持续时间是关键。用分子气体(尤其是线性分子的气体,例如本工作中使用的一氧化二氮)填充管,会增强压缩效果,因为分子倾向于旋转成与激光场对齐。但是,仅当脉冲足够长以使分子旋转对齐时,才会出现这种对齐诱导的增强作用。气体的选择也很重要,因为旋转排列时间取决于分子的惯性。为了最大化增强效果,研究人员旨在使这种惯性与其光脉冲的持续时间一致。

UCF研究人员在《科学进展》中报告了他们的工作,他们说,使用他们的技术可以达到单周期脉冲。通过进一步改进,Beetar补充说,与商业,工业级激光器相关的复杂性的降低将使原子秒科学变得更加容易上手,并可能实现更多的跨学科应用。

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