《科学》:迄今最短的阿秒级光脉冲诞生
可捕捉2.5飞秒激光脉冲图像

图片说明:新的80阿秒闪光可以对2.5飞秒光脉冲进行成像。
(图片来源:Science)
 
不管你如何盯着看,都肯定无法看到它,因为它的持续时间实在是太短太短了。德国科学家的一项最新研究,找到了实现迄今最短的闪光的新方法,它的持续时间仅有80阿秒(attosecond,1阿秒为10的-18次方秒,飞秒(femtosecond)的千分之一),而此前的记录为2007年的130阿秒。新的超短光脉冲已经被用于捕获因太短而无法拍到的激光脉冲的图像。相关论文发表在6月20日的《科学》(Science)杂志上。
 
进行该项研究的是德国马普量子光学研究所的Eleftherios Goulielmakis和同事。他们制造光脉冲的方法是将相对更长(实际上也很短,只有2.5飞秒)的激发脉冲射向氖气云,受激的氖原子会以极紫外光(EUV)短脉冲的形式释放出能量。
 
需要指出的是,激发脉冲只包含一两个光波振动,因此其中蕴藏着紧密的能量冲击。为了实现这一点,研究人员利用了一种名为“啁啾反射镜”(chirped mirror)的装置,这种多层镜能够优化色散补偿,使处于脉冲前端的光子比较慢的后方光子传播更远的距离,这使“反射标记”有时间追上,从而创造出紧密的光子“包裹”,几乎在同一时间击中氖原子。
 
为了确证源自氖原子的闪光到底有多短,Goulielmakis等人将它们作为激发光,引入第二团氖气云。受激氖原子释放的电子被用作“闪光枪”(flashgun),照亮了一些初始的2.5飞秒激发脉冲。Goulielmakis解释说,“只有以(比2.5飞秒)更短的时间取样,才能让它们变得可见。”
 
通过纪录穿过脉冲的电子能量,研究人员得到了初始激光束的侧面图(如图),这有些类似于径赛中的终点摄影图像(photo-finish image)。利用电脑进行图像分析的结果表明,激发这些电子的新创造光脉冲持续时间仅有80阿秒,这是迄今为止的最短纪录。此前的记录为2007年创造的130阿秒。
 
英国帝国理工学院的Jonathan Marangos表示,“从130到80是重要的一大步,”新的研究成果可以让科学家对较大原子的电子运动进行成像,而“任何对微观世界更好的理解都将对整个科学领域产生影响。”
 
Goulielmakis未来的打算是创造24阿秒的光脉冲,这是原子单位的时间(氢原子电子从轨道一端到另一端的时间)。而Marangos则认为,更短的仄秒(zeptosecond,千分之一阿秒)也是有可能实现的,它将能够成像原子核内部粒子比如质子的运动。(科学网 任霄鹏/编译)
 
(《科学》(Science),Vol. 320. no. 5883, pp. 1614 - 1617,E. Goulielmakis, U. Kleineberg)
 
 
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