研究人员利用工业激光产生阿秒激光

来自University of Central Florida (UCF)的研究人员展示了工业级激光器可以用来产生阿秒脉冲。Michael Chini教授说：“阿秒科学的主要挑战之一是，它依赖于世界一流的激光设备。通常复杂系统需要大型实验室设备和凈化室这样的环境。使用工业级激光器，而不是一个复杂的系统，可以使所有学科的研究人员更容易获得阿秒科学技术。”为了产生阿秒研究所需的极短光脉冲，激光通过充满惰性气体的管道，比如通过充满氙气或 氩气的管道传播，并且及时的进一步压缩脉冲。

UCF 团队表明, 当使用比几个周期长得多的脉冲时，非线性压缩被分子气体驱动时效率高，因为非线性得到了增强。增强的光学非线性被证实与偏振匹配相关。UCF的研究人员利用分子气体，如一氧化二氮而不是惰性气体，以及改变透过气体的脉冲长度，把工业级激光器压缩了大约100个周期。他们展示了来自工业级激光放大器的80周期脉冲可以同时驱动分子排列和超连续光谱在充满气体的细管中的产生。这产生了比两倍频还多的相干带宽，实现了超过45倍的压缩，持续时间为1.6个周期。

研究人员认为，使用这种技术可以达到单周期脉冲。Chini 说：“实验表明,工业级激光器现在可用于生成阿秒脉冲，这些激光器可以从数十家供应商那里以大约 10 万美元的价格买到。” 气体的选择以及脉冲的持续时间是关键。研究员John Beetar说：“如果管中充满分子气体，特别是线性分子气体，由于分子倾向于与激光场匹配，效果可能会增强。” Beetar说：“然而，这种匹配引起的增强只有在脉冲长到可以同时诱导偏振匹配并且受到其效应的影响时才会出现。气体的选择很重要，因为偏振匹配的时间取决于分子的惰性。为了最大限度增强效果，我们想让它与激光脉冲的持续时间保持一致。”Chini说这种设置很简单，可以与各种不同参数的激光器一起使用。

阿秒科学的工作方式类似于声纳或 3D 激光成像，但尺度要小得很多。当阿秒光脉冲透过一种材料时，它与材料中的电子相互作用时会使脉冲失真。测量这些失真使研究人员能够构造电子图像和制作电子运动的影像。因为能够以阿秒的精度进行测量，研究人员可以研究原子和分子内部电子在它们本征的时间尺度上的高速运动。

测量电子的快速运动可以帮助研究人员更好地了解光与物质的相互作用，从而在收集太阳能、探测化学和生物**以及进行医学诊断等一些领域提供支持。使用商业、工业级激光可以使阿秒科学更容易获得，并且能够使几乎没有激光背景的科学家能够进行跨学科的应用。

这项研究发表在《Science Advances》(www.doi.org/10.1126/sciadv.abb5375).

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