西安光機所阿秒脈沖測量研究取得新進展

  近期,西安光機所瞬態光學與光子技術國家重點實驗室阿秒研究團隊取得重要進展,在攻克了一系列阿秒脈沖產生與測量關鍵技術基礎上,在實驗上首次獲得了159as的孤立阿秒脈沖測量結果。 

  阿秒脈沖的產生機理來自超短超強激光與物質極端非線性作用中的高次諧波產生過程,高次諧波在時域表現為間距半個光周期的阿秒脈沖序列,而對很多應用來說,需要從阿秒脈沖序列中選擇出單個或孤立阿秒脈沖,此外由于高次諧波的產生效率非常低(通常為10-6甚至更低),產生的阿秒脈沖能量非常低(一般為納焦或亞納焦級),傳統的飛秒脈沖自相關測量技術難以直接應用。孤立阿秒脈沖的產生與測量已成為阿秒技術及應用中的核心關鍵技術。 

  為了實現高效孤立阿秒脈沖的產生,團隊在實驗中首先將中心波長750nm、載波包絡相位穩定的少周期鈦寶石飛秒脈沖聚焦到Ne氣靶上激發出極紫外(XUV)波段的高次諧波,并采用雙光學選通門方法整形飛秒脈沖驅動光電場形狀,使得只有半個驅動光周期能夠產生阿秒脈沖輻射,實現了孤立阿秒脈沖的選通。同時,為實現高轉化效率的孤立阿秒脈沖產生,團隊通過優化驅動光脈沖與惰性氣體相互作用參數來實現相位匹配,并采用薄膜濾波技術用于毫焦量級的紅外驅動光與納焦量級的XUV阿秒脈沖的有效分離,同時實現了孤立阿秒脈沖的色散補償。 

  此外,團隊自主設計與研制了一套高能量分辨率阿秒條紋相機。阿秒條紋相機是目前孤立阿秒脈沖最為廣泛的測量方法,其原理是首先XUV阿秒脈沖與惰性氣體靶相互作用產生阿秒光電子,并在近紅外光電場中得到調制,通過時間延遲掃描獲得阿秒光電子譜圖,并通過反演重構算法得到阿秒脈沖的光電場分布和脈沖寬度等信息,其核心技術是測量光電子動量的時間飛行譜儀的設計與研制。團隊利用電子光學技術自主設計并研制成長度2m的時間飛行譜儀,該譜儀采取磁瓶式結構,解決了光電離后發散角大導致的光電子收集效率低的難題。另外,采用實時反饋的同步鎖定技術實現了近紅外泵浦光與XUV探測光脈沖之間高精度的同步和穩定。 

  基于以上關鍵技術攻關,利用獲得的阿秒光電子條紋譜經反演重構算法得到了孤立阿秒脈沖的譜相位及脈寬信息,最終孤立阿秒脈沖寬度為159as,進一步優化色散補償過程,可獲得更窄的阿秒脈沖寬度。 

  該研究工作得到國家自然科學基金重大項目、中科院創新國際團隊、中科院關鍵技術人才團隊、西部青年學者等項目的資助,該工作也得到中科院光電研究院李捷博士的大力幫助?。ㄋ矐B室  供稿) 

  阿秒脈沖時域及相位分布 

  阿秒脈沖光譜及相位分布 

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