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阿秒脉冲串产生和相位信息重构的对比研究

物理学报 2024年第12期73卷 126-135页

作者：朱孝先高亦谈王羡之王一鸣王佶王兆华赵昆魏志义中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心北京100190 中国科学院大学北京100049 松山湖材料实验室东莞523808

阿秒脉冲为研究原子、分子和电子的超快动力学提供了前所未有的测量精度.目前最成熟的方法是使用飞秒激光与气体相互作用产生阿秒脉冲串和孤立阿秒脉冲.阿秒脉冲的时域信息以及电子的动力学信息可以通过阿秒条纹相机或基于双光子跃迁干... 详细信息

阿秒脉冲为研究原子、分子和电子的超快动力学提供了前所未有的测量精度.目前最成熟的方法是使用飞秒激光与气体相互作用产生阿秒脉冲串和孤立阿秒脉冲.阿秒脉冲的时域信息以及电子的动力学信息可以通过阿秒条纹相机或基于双光子跃迁干涉的重构阿秒拍频(RABBITT)方法从能谱图中提取.本文研究了阿秒脉冲串的产生、测量和表征,通过自主设计建造的钛宝石放大器和阿秒束线进行实验获得光电子能谱图,并采用不同方法重构阿秒脉冲串的相位信息.这对于深入理解电子动力学并进行相关测量具有重要意义.

关键词：阿秒脉冲串相位重构 RABBITT方法阿秒条纹相机

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单个阿秒脉冲表征技术研究进展

中国激光 2024年第7期51卷 35-48页

作者：王家灿肖凡王小伟王力陶文凯赵零一李悉奥赵增秀国防科技大学理学院湖南长沙410073 极端条件物理及应用湖南省重点实验室湖南长沙410073

自本世纪初超快科学进入阿秒领域以来,阿秒脉冲以其超宽频谱和超短时间分辨,为研究阿秒时间尺度的瞬态过程提供了有力工具,推动了人们对光与物质相互作用以及微观超快动力学机制的理解。基于高次谐波的单个阿秒脉冲产生技术已日臻成熟,... 详细信息

自本世纪初超快科学进入阿秒领域以来,阿秒脉冲以其超宽频谱和超短时间分辨,为研究阿秒时间尺度的瞬态过程提供了有力工具,推动了人们对光与物质相互作用以及微观超快动力学机制的理解。基于高次谐波的单个阿秒脉冲产生技术已日臻成熟,通过发展多种时空选通门技术,阿秒脉冲脉宽不断缩短,已达到的最短纪录为43 as。相较于阿秒脉冲的产生,对其精确测量与表征是深入研究和应用的基础,目前主流表征方法是通过阿秒条纹相机技术测量获得条纹能谱,进而从中提取阿秒脉冲的时域信息。首先简要回顾了高次谐波产生、单个阿秒脉冲选通及测量的发展,然后介绍了阿秒条纹相机技术的原理,并重点阐述了基于阿秒条纹能谱的表征算法,对其主要优缺点进行分析,最后对阿秒脉冲表征的发展进行了总结和展望。

关键词：非线性光学单个阿秒脉冲阿秒条纹相机相位反演与表征

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阿秒脉冲测量原理和技术研究进展

科学通报 2021年第8期66卷 835-846页

作者：赵昆高亦谈朱孝先许思源江昱佼李远锋王佶朱江峰张大成陈云琳魏志义中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心北京100190 松山湖材料实验室东莞523808 中国科学院大学北京100049 西安电子科技大学物理与光电工程学院西安710071 北京交通大学理学院微纳材料及应用研究所北京100044

阿秒脉冲由于极短的脉冲宽度和超高的时间分辨能力,在物理学、化学、生物学和医学等领域有着潜在应用.自诞生之日起,阿秒脉冲的时域极限不断突破,使得阿秒脉冲的测量成为一大研究热点.本文主要分为两个部分,第一部分回顾了阿秒脉冲与气... 详细信息

阿秒脉冲由于极短的脉冲宽度和超高的时间分辨能力,在物理学、化学、生物学和医学等领域有着潜在应用.自诞生之日起,阿秒脉冲的时域极限不断突破,使得阿秒脉冲的测量成为一大研究热点.本文主要分为两个部分,第一部分回顾了阿秒脉冲与气体介质作用的脉冲测量技术的发展过程,简述了几种测量阿秒脉冲时域信息的实验原理、实验方案设计以及实验结果.第二部分介绍了从阿秒条纹相机中提取阿秒脉冲时域信息的理论反演算法,包括算法的原理和结构,并从计算时间和计算结果精度上对算法进行了比较.文章最后总结了阿秒脉冲测量技术在实验和理论上的困难与挑战,并展望了未来阿秒脉冲测量的发展方向.

关键词：阿秒脉冲测量阿秒条纹相机阿秒条纹相机反演算法光电离

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极紫外阿秒脉冲的色散控制及束线设计

中国激光 2021年第5期48卷 147-158页

作者：许思源李远锋朱孝先高亦谈赵昆朱江峰张大成贺新奎滕浩魏志义西安电子科技大学物理与光电工程学院陕西西安710071 中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心北京100190 中国科学院大学北京100049 松山湖材料实验室广东东莞523808

基于极紫外波段高次谐波产生(high-order harmonic generation,HHG)的光学选通技术已成为目前人们获得孤立阿秒脉冲(isolated attosecond pulse,IAP)的重要手段。由于IAP继承了驱动激光脉冲的光学属性和重复频率,因此具有良好的时空相... 详细信息

基于极紫外波段高次谐波产生(high-order harmonic generation,HHG)的光学选通技术已成为目前人们获得孤立阿秒脉冲(isolated attosecond pulse,IAP)的重要手段。由于IAP继承了驱动激光脉冲的光学属性和重复频率,因此具有良好的时空相干性和方向性。近转换极限极短脉宽IAP的产生不仅需要在极紫外区域有较宽的连续光谱支持,还需要对其所携带的本征色散进行补偿。据此,本文从理论上模拟计算了多组阿秒脉冲光谱、本征色散和金属膜材料色散的参数组合,在中心光谱98,120,170 eV附近的结果表明,选用不同厚度的锆膜、钼膜和锡膜对应中心能量的高次谐波可以实现色散补偿。最终确定120 eV中心光子能量加钼膜的组合有可能在较高的产生效率下产生近40 as的IAP。基于上述参数选择,设计了一套由非共线阿秒条纹相机和平场光谱仪组成的极紫外阿秒束线及相应的真空系统,该系统可用于高次谐波及阿秒脉冲的测量。

关键词：激光光学高次谐波孤立阿秒脉冲阿秒脉冲本征色散阿秒条纹相机

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基于阿秒极短脉冲的超快吸收光谱研究

基于阿秒极短脉冲的超快吸收光谱研究

作者：杨建西安电子科技大学

学位级别：硕士

本文围绕阿秒脉冲的产生、测量和应用展开研究。首先,分析了高次谐波产生的三步模型理论,并以此为基础,研究了高次谐波的转化效率与激光椭偏率的关系。结论证明随着激光椭偏率的增大高次谐波的转化效率会迅速降低,当椭偏率为0.1时,高次... 详细信息

本文围绕阿秒脉冲的产生、测量和应用展开研究。首先,分析了高次谐波产生的三步模型理论,并以此为基础,研究了高次谐波的转化效率与激光椭偏率的关系。结论证明随着激光椭偏率的增大高次谐波的转化效率会迅速降低,当椭偏率为0.1时,高次谐波的转化效率会降低50%以上。因此,人们提出了通过控制激光的椭偏率从高次谐波中选出单个阿秒脉冲的各种选通门技术。本文对偏振选通门、双光学选通门和广义双光学选通门进行了详细分析,相比于偏振选通门,双光学选通门对激光的脉宽要求没有那么严格,脉宽10 fs左右的近红外飞秒脉冲即可用于实验,这个要求也与大部分商用飞秒激光器的输出脉宽相匹配;相比于广义双光学选通门,双光学选通门的实验装置简单,仅由两个波片和一块BBO晶体组成而且光路调试也比较简单。根据实验室条件,我们选择了双光学选通门。其次,研究了用于测量阿秒脉冲的阿秒条纹相机技术,该技术通过阿秒脉冲电离的光电子在飞秒脉冲作用下的动量谱(FROG CRAB)来测量阿秒脉冲。光电子动量谱的采集装置为“磁瓶”式TOF,与普通的TOF相比,“磁瓶”式TOF对光电子的采集角度更大能量分辨率更高。常用的FROG CRAB的迭代算法有PCGPA算法和LSGPA算法,PCGPA算法在飞秒脉冲的测量中应用较多,但应用到阿秒领域时会有许多缺点(如需要对光电子的动量谱进行插值,门脉冲要具有周期性边界条件),而LSGPA算法没有这些限制。本文对这两种方法做了较为详细的分析。本文取得的成果主要有以下几点:1、在测量阿秒脉冲的过程中需要对飞秒脉冲和阿秒脉冲之间的时间延迟进行精确控制,为此我们建立了实验装置,基于Lab VIEW语言,设计了循环反馈控制系统,实现了时间延迟的精确控制,控制误差可以稳定在20 as左右。2、设计了阿秒条纹相机对阿秒脉冲进行测量的实验方案,编制了阿秒光电子动量谱仿真软件,其仿真结果为阿秒脉冲产生系统参数的设定与优化提供了重要的参考依据。3、基于基矢展开法和密度矩阵法,对三能级原子系统在飞秒脉冲和阿秒脉冲作用下的原子极化率进行了理论计算,解释了阿秒超快吸收光谱中AT分裂和亚周期特征出现的原因。

关键词：高次谐波选通门单个阿秒脉冲阿秒条纹相机阿秒三能级模型超快吸收光谱