光电子揭示一瞬间到底有多快

在过去的十几年中，科学家已经观察到原子间化学键的断裂过程，采用的是世界上最快的光快门：飞秒量级的激光脉冲（1fs等于10-15s）。但是，相比于原子中电子的能级跃迁这种在1/5fs内就能完成的瞬间超快行为，键的断裂只是一个缓慢过程。为了跟踪这种快变过程，研究人员一直渴望能够产生和测量脉宽达几百阿秒的单个脉冲辐射（1fs等于1000as)。现在他们看到了希望。在Nature杂志上，来自奥地利维也纳技术大学、加拿大国家研究中心和德国比利斐尔德大学的研究人员报道了他们产生的单个宽度为650as的X光脉冲。利用这些类似闪光的超短脉冲，研…     

走向阿秒脉冲

你希望在哪个学科能看到当前最快的记录过程呢？结果将是令人惊讶的，因为那既不是电子学，也不是原子物理，而是光学。在过去的十年中，已经成功地产生了脉宽短于10fs的激光脉冲。飞秒脉冲激光已经为一些分子过程，如反应动力学，提供了前所未有的观察手段。到目前为止，对脉冲激光的绝大多数的研究都集中在波长为可见或红外的波段。在这个波长范围内，光波完成一次振荡的时间一般为3fs，因此目前一个宽度为5fs的激光脉冲包含的完整激光周期还不到两个。但是要想获得更短的激光脉冲将会有本质的困难，因为光是以振荡的电磁波传播的，它的脉…     

光脉冲达到阿秒长度

在超短光脉冲世界里，飞秒脉冲已被阿秒脉冲超越。一个由10位科学家组成的国际研究组宣称已产生并探测到650as持续时间的孤立软X光脉冲。奥地利维也纳技术大学的科学家与加拿大国家研究中心、德国比利斐尔德大学的科学家合作，已研制出一些实验技术，可探测原子和分子中束缚电子动力学的阿秒分辨光谱学。为产生阿秒脉冲，该组将轴上峰值强度为9×1014W/cm2的750nm、7fs脉冲激光束射入3mm长、200mbar的氖气中，产生一串极紫外和软X光谐波脉冲（14nm波长范围）。然后将此X光与一共线可见光束一起，通过一个锆带通滤光片，产生一个90eV的低发…     

飞秒脉冲激光二次谐波光强分布同步数据采集

介绍一种有效测量飞秒（fs)脉冲激光的二次谐波光强分布的方法。该方法采用线阵CCD作为光电传感器，用单行单次的同步触发方式，将一次触发的fs脉冲激光的二次谐波光强分布采集下来。通过测量二次谐波光强空间分布，可以计算fs脉冲激光的脉宽。     

双色场辅助阿秒XUV光电离及其应用

当前测量阿秒脉冲宽度的方法大多基于基频光辅助原子的XUV光电离。我们采用由高强度的近红外激光和其倍频光组成的双色激光场作为XUV光电离过程的辅助激光。数值模拟结果表明双色场辅助的XUV光电离能从垂直方向探测到的光电子能谱出发有效地识别阿秒脉冲序列中脉冲的个数。     

掺氧化镁铌酸锂晶体中高强度近红外飞秒激光脉冲线性电光效应

数值研究了掺氧化镁铌酸锂晶体中高强度近红外飞秒激光脉冲的线性电光效应。研究结果发现,当在垂直于晶体光轴的方向上施加一定外电场使光脉冲实现最强的电光耦合时,输出脉宽在正常色散区随着输入光强的增大而增大;而在较强反常色散区,输出脉宽随着输入光强增大而减小。对中心波长λ0=1.6335μm的光脉冲,线性电光效应可使输出脉宽产生压缩。当输入脉宽T0=5fs和光强I0=20GW/cm2时,最小输出脉宽为输入脉宽T0的0.76倍。而当T0>5fs时,最小输出脉宽小于0.76T0。若在晶体光轴方向上施加另一个电场对光脉冲进行相位调制,则最小输出脉宽的光脉冲中心波长发生蓝移或红移;随着外电场的增大,蓝移或红移量相应增大。     

小型化超宽带光学参量啁啾脉冲放大系统的研究

光学参量啁啾脉冲放大(OPCPA)技术将是替代CPA技术而产生脉宽更短、峰值功率更高脉冲激光的最新技术．目前超短超强脉冲激光技术发展的方向是采用OPCPA技术建立高柬质、高效率、脉宽小于30fs的峰值功率大于TW的小型化台面超短超强脉冲激光系统．     

核运动对分子谐波强度及产生阿秒脉冲的影响

为了了解核运动对H₂+和T₂+谐波辐射强度及产生阿秒脉冲的影响,采用数值求解薛定谔方程的方法,理论研究了10fs和20fs激光驱动下H₂+和T₂+谐波截止能量附近强度的变化。结果表明,短脉宽驱动下谐波强度满足H₂+>T₂+;而长脉宽驱动下谐波强度满足T₂+>H₂+;根据谐波强度变化规律,在最佳谐波辐射强度下引入半周期激光场可以获得高强度、高能量的谐波平台区,进而获得脉宽为37as的阿秒脉冲。该研究为探测同位素分子及产生高强度及高能量的阿秒脉冲提供了一种新的方案,对激光光学的发展有一定帮助。     

载波包络相位稳定的6 fs超快强激光脉冲及其在高次谐波产生中的应用

脉冲宽度40 fs,功率1.1 W的载波包络相位(CEP)稳定的飞秒激光脉冲在充氩气的空芯光纤内由于自相位调制频谱展宽,通过啁啾镜和斜劈补偿色散,最终可获得脉冲宽度为6 fs的载波包络相位稳定的强激光脉冲.将之应用到高次谐波实验中得到了脉冲宽度为500 as的单个阿秒脉冲.     

超短脉冲强激光场中氙的高次谐波

在静态气室中,利用线偏振的掺钛蓝宝石(Ti:sapphire)超短脉冲激光(中心波长795nm,脉宽105fs,重复频率10Hz,单脉冲能量50mJ),获得氙气中5～17次(40～160nm)谐波的软X射线激光辐射。实验中着重观察了高次谐波谱线强度随激光强度的变化规律,由于激光强度已经接近甚至超过饱和,高次谐波谱相对强度随入射激光强度增加而增长到一定程度后开始下降,同时观察到介质的离子谱,证实了高次谐波谱的产生与离子辐射之间的转换关系。     

超宽光谱飞秒激光脉冲的产生研究

以掺钛蓝宝石激光为代表的自锁模激光是90年代激光技术最重要的研究成果之一，目前采用石英棱镜色散补偿方法可以产生8．5fs的光脉冲，啁啾镜色散补偿方法可以获得7．5fs的光脉冲，结合半导体饱和吸收体可以获得6．5fs的光脉冲．这些近极限宽度脉冲的获得都是以短增益长度的钛宝石晶体为核心的，其所得脉冲对应着极宽的光谱范围．实际上，根据测不准原理及傅里叶变换关系，具有极宽带宽的超宽光谱是获得极短脉冲宽度的必要条件之一，因此在飞秒激光的产生研究中，先借助简单的光谱测量手段获得具有最大宽度的频谱宽度，是快速产生近极限脉宽…     

一种飞秒中红外激光脉冲的产生方法

由于能极型固体增益介质的缺乏,利用增益介质的能阶特性直接产生中红外激光相对困难。设计了基于非线性频率变换的光参量放大法来产生中红外激光脉冲。利用发展成熟的高峰值功率近红外激光,产生精准同步的泵浦光和信号光。利用KTP晶体的非线性效应进行光参量放大,得到中红外波段的激光脉冲。实验结果表明:产生的中红外闲频光中心波长为3200 nm,脉冲能量14.9 μJ,脉冲宽度47 fs。     

宽调谐中红外飞秒及窄带长脉冲激光器件的研制和集成

中红外飞秒光参量放大器(OPA)是重要的红外飞秒激光源,笔者在此领域发展了一系列创新技术,以实现装置高效、稳定、紧凑的目标,成功地将100 fs的中红外飞秒激光在2.0～4.5μm宽波长范围内可调谐.基于OPA输出,研制了产生窄带长脉冲激光的时间望远镜,其集成化器件可输出时间同步的可调谐长短脉冲激光,在一个系统上集成了波长可调谐,高光谱(～0.1nm)分辨率和高时间(～100 fs)分辨率等三种独特的功能.     

亚5fs强激光脉冲的掺钛宝石激光器

随着激光技术的最新发展，钛宝石激光系统产生了极强的超短光脉冲。目前，光谱展宽和超宽带色散的新技术，可将脉冲压缩到低于5fs，并具有几千兆瓦的峰值功率。这些是迄今为止获得的最短高功率脉冲。它们开启了在光波周期的时间范畴内控制不受到扰动的光与物质相互作用的研究途径，并且可能应用在“水窗”（wate－window）中产生相干X光以及产生阿秒软X光脉冲。自激光锁模技术发明以来，超短光脉冲技术一直是人们不断研究的课题，最终于80年代中期，在620urn波长取得了三个光波周期的6fs脉冲。这种从未有过的窄脉宽是通过压缩复杂染料激光…     

亚5 fs强激光脉冲的掺钛宝石激光器

随着激光技术的最新发展,钛宝石激光系统产生了极强的超短光脉冲.目前,光谱展宽和超宽带色散的新技术,可将脉冲压缩到低于5fs,并具有几千兆瓦的峰值功率.这些是迄今为止获得的最短高功率脉冲.它们开启了在光波周期的时间范畴内控制不受到扰动的光与物质相互作用的研究途径,并且可能应用在"水窗"(water-window)中产生相干X光以及产生阿秒软X光脉冲.     

介质中超短光脉冲的自位相调制和光谱超增宽

本文描述了介质中超短激光脉冲自位相调制理论,并讨论了超短光脉冲产生的光谱超增宽、时间分布和脉宽压缩的实验结果。     

拍瓦级光参量啁啾脉冲放大系统中光参量相位演化研究

在基于光参量啁啾脉冲放大的拍瓦级超短超强飞秒激光装置中,光参量相位是阻碍脉冲时域压缩的关键因素。对中国工程物理研究院的数拍瓦全光参量啁啾脉冲放大装置（SILEX-II）的光参量相位演化进行了详细研究。研究结果表明,通过光参量放大过程累积的群延迟色散高达532 fs2,三阶色散高达5782 fs3,在未补偿光参量相位的情况下,压缩脉冲的时域峰值强度仅为傅里叶变换极限脉冲的43%。通过调节压缩器光栅间距,补偿了光参量相位的群延迟色散,将压缩脉冲的时域峰值强度增加至傅里叶变换极限脉冲的94%。研究结果为SILEX-II激光装置的脉冲时域压缩提供了有效指导,同时也为未来基于全光参量啁啾脉冲放大技术的10～100 PW高峰值功率激光器的设计提供了依据。     

双色场中驱动脉冲相位对产生高次谐波和超短阿秒脉冲的影响

本文通过求解含时薛定谔方程,研究了双色激光场中驱动脉冲相位从0～1.9π时产生的高次谐波,并且该双色场由9fs/1600nm基波脉冲和较弱的6fs控制脉冲合成.在截止区域,可以通过改变驱动脉冲的相位来控制平台的宽度.从而获得带宽为499eV的超宽超连续谱谐波谱,并且通过傅立叶变换可以获得超短的3.8as的阿秒脉冲.而且为了深入了解物理机制,还进行了量子电离和时频分析.     

基于双光成丝过程的光参量啁啾脉冲放大器前端

报道了一种包含两个激光成丝过程的工作在2μm波段的光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)系统前端,该前端工作在简并模式下,2μm种子激光脉冲通过近红外和可见光波段的超连续光谱之间差频产生。可见光和近红外波段的超连续光谱分别通过泵浦脉冲激光在两个YAG晶体中通过激光成丝过程产生。经过光参量放大及合理的色散补偿后,2μm种子激光脉冲的波长可从1830 nm覆盖至2320 nm,脉冲宽度为29 fs,单脉冲能量为16.7μJ,平均功率为167 m W,功率波动小于3%。     

飞秒激光多脉冲烧蚀过程中飞秒时间分辨电子状态的观测研究

为研究飞秒激光加工硬脆透明材料时存在的“微裂纹”与“诱导条纹”等共性工艺问题，利用飞秒时间分辨泵浦探测阴影成像技术，对飞秒激光多脉冲烧蚀石英玻璃过程中的电子动力学过程进行成像，分析了激光脉冲电离材料初期（700 fs之前）等离子体丝的演化情况。多脉冲诱导微结构的存在使成丝区域分布在微结构的两侧与光脉冲传播的轴线方向，前者主要是由微结构侧壁对光脉冲的折射造成的，而后者则是由微结构底面与侧壁形貌不同导致的光程差引起的。实验结果揭示了多脉冲加工过程中脉冲串诱导微结构对后续光场的重塑效应，该效应影响了等离子体成丝区域与能量沉积的分布，这是共性工艺问题产生的核心机制。