华东师大课题组：追踪超快光电离阿秒共振延时

华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室吴健教授课题组，与汕头大学、上海交通大学、北京大学合作，首次实验测量到原子多光子吸收过程中阿秒时间尺度(10^-18秒)的共振电离延时，为测量原子分子内电子超快动力学行为，尤其是亚周期电子超快运动的探测研究，提供了有力的工具。

光电子电离是光与物质相互作用中最基本的物理问题之一，在极端时间尺度上，探究光与物质相互作用是认识和控制自然界的重要基础。2010年，德国马普量子光学研究所的F. Krausz教授首次在氖原子中实验测量到2s/2p电子吸收高能单光子电离时的辐射电离延时(^~21阿秒，1阿秒=10^-18秒)，表明光电子辐射不是一个瞬时的过程。相比单光子电子电离延时，2014年美国天体物理联合实验室的A. Becker教授理论预测，氦原子双光子吸收电离过程中，从共振态跃迁至自由态存在阿秒量级的光子吸收时间延迟。

探测原子分子内阿秒时间尺度上的电子超快运动，对于电子超快动力学研究具有非常重要的科学意义。2014年，吴健教授课题组利用相位精确控制的正交双色飞秒脉冲，首次在实验中实现电子局域的二维阿秒操控，为探究电子超快动力学测量提供了新方法。2017年该课题组在二维阿秒操控技术的基础上，继续深入研究飞秒光场的阿秒探测技术，首次在实验上精确测量了多光子吸收过程中电子在不同共振态上的阿秒停留时间。

图1 光电离示意 (左) 和阿秒共振电离延时 (右)

与Andreas Becker教授在2014年的理论预言相比，此次该课题组利用强激光场下普遍存在的Freeman共振态作为实验研究的对象。1987年R. R. Freeman等人首次在实验上观测到多光子共振电离现象，在强场多光子吸收电离过程中，激光场会使高激发态的里德堡态电子能级发生斯塔克移动，与吸收的多光子发生共振，即Freeman共振。

在双色激光场作用下，氩原子相干吸收6个400 nm的紫外光子共振布局4f 和5p态，再吸收一个光子跃迁到连续态。结合电子-离子符合探测技术，精确测量随激光相位变化的时空分辨的光电子角分布，实验发现4f 和5p电子之间存在0.21π的相位延迟，对应于140阿秒的共振电离延迟。这一实验探测技术具有普适性，可以应用于不同的研究对象。通过关联激光相位与符合测量的电子角分布，可在实验上精确测量多光子吸收过程中电子的阿秒电离延时。该研究成果发表在物理学术期刊 Physical Review Letters [118, 143203 (2017)]上。

论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.118.143203