2016年7月,國內(nèi)第一本阿秒(1as=10-18s)激光方面的專著《阿秒激光技術(shù)》面世。書中詳細(xì)講解了亞飛秒和阿秒激光的基礎(chǔ)知識(shí),以及強(qiáng)場(chǎng)物理中相關(guān)領(lǐng)域的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)。
中國激光:阿秒激光脈沖的產(chǎn)生主要有哪些方法?
日前,中國激光微信編輯采訪了本書第一作者——中科院上海光機(jī)所研究員曾志男。
曾志男研究員
曾志男簡(jiǎn)介
1976年出生,1998年獲中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理系學(xué)士學(xué)位,2003年獲中科院上海光機(jī)所理學(xué)博士學(xué)位,也是我國系統(tǒng)開展阿秒脈沖產(chǎn)生研究的第一個(gè)博士研究生。 2010年獲上海市“啟明星”人才計(jì)劃支持,2012年獲國家自然科學(xué)基金“優(yōu)秀青年基金”資助。
從事的主要研究方向包括:激光與原子、分子及團(tuán)簇的相互作用;高次諧波和阿秒脈沖產(chǎn)生及應(yīng)用;原子、分子及納米材料中的超快電子動(dòng)力學(xué)研究。
中國激光:寫作《阿秒激光技術(shù)》的初衷是什么,整個(gè)過程花了多長時(shí)間?
曾志男:這本書寫作的初衷一方面是接受了《現(xiàn)代激光技術(shù)及應(yīng)用》叢書編委會(huì)的邀請(qǐng),希望把阿秒激光技術(shù)作為現(xiàn)代激光技術(shù)的重要領(lǐng)域之一介紹給國內(nèi)各個(gè)領(lǐng)域的讀者,讓大家對(duì)阿秒這個(gè)新的領(lǐng)域有一個(gè)深入的了解。
另一方面,“阿秒”這個(gè)概念最早出現(xiàn)在上世紀(jì)90年代初,實(shí)驗(yàn)上產(chǎn)生第一個(gè)小于1fs(進(jìn)入“阿秒”時(shí)代)的激光脈沖在2001年。強(qiáng)光實(shí)驗(yàn)室也在上世紀(jì)90年代開始高次諧波產(chǎn)生的研究,后來逐漸開始阿秒脈沖產(chǎn)生的研究,算起來到開始本書寫作的時(shí)候也有十幾年的時(shí)間了。這本書也算是對(duì)強(qiáng)光實(shí)驗(yàn)室在阿秒這個(gè)領(lǐng)域這么多年的工作做一個(gè)總結(jié),讓大家對(duì)強(qiáng)光實(shí)驗(yàn)室的工作有一些了解。
從接受寫作邀請(qǐng)開始,整個(gè)過程花了三年多的時(shí)間。
《阿秒激光技術(shù)》
中國激光:相比已經(jīng)應(yīng)用廣泛的飛秒激光,阿秒激光的特色主要體現(xiàn)在哪些方面?
曾志男:阿秒激光最主要的特色就體現(xiàn)在它的名字“阿秒”上,反映在時(shí)間尺度上就是“快”。在最基礎(chǔ)的微觀世界,生物、化學(xué)和物理的界限正在逐步消失,因?yàn)槠涓径际莵碜噪娮舆\(yùn)動(dòng)。例如分子內(nèi)的電子運(yùn)動(dòng)負(fù)責(zé)生物信息傳遞、改變化學(xué)產(chǎn)物以及生物系統(tǒng)功能,信息處理的速度則可以通過采用更小的納米電路來提高等等,這些電子運(yùn)動(dòng)的時(shí)間尺度會(huì)短至幾十阿秒甚至更短。這么快的動(dòng)力學(xué)過程的研究是阿秒激光領(lǐng)域發(fā)展的原動(dòng)力,也是阿秒激光最主要的特色。
中國激光:阿秒激光脈沖的產(chǎn)生主要有哪些方法?
曾志男:原則上來說,產(chǎn)生阿秒激光脈沖的方法有很多,氣體高次諧波、固體高次諧波和自由電子激光都可以。但是目前在實(shí)驗(yàn)室得以實(shí)現(xiàn)并應(yīng)用的主要是氣體高次諧波方法,也就是本書中介紹的方法。
氣體高次諧波方法經(jīng)過二十幾年的發(fā)展,目前主要是基于少周期的、載波包絡(luò)相位穩(wěn)定的飛秒激光脈沖驅(qū)動(dòng),采用近單周期極短脈沖、偏振門、雙色場(chǎng)等各種技術(shù)(組合)來實(shí)現(xiàn)單阿秒脈沖產(chǎn)生。這些技術(shù)手段在書中都有較詳細(xì)的介紹,其核心目的均是將飛秒強(qiáng)激光與原子分子相互作用后產(chǎn)生的輻射限制在一個(gè)很短的時(shí)間內(nèi),從而產(chǎn)生一個(gè)單阿秒脈沖。
而固體高次諧波方法,需要在很高功率的激光器上才能實(shí)現(xiàn),目前的穩(wěn)定性還有待改進(jìn)。
自由電子激光產(chǎn)生阿秒激光脈沖,目前還限于理論探討,尚未見實(shí)驗(yàn)報(bào)道。
80as閃光可以對(duì)2.5fs光脈沖進(jìn)行成像(圖片來源:Science)
中國激光:阿秒激光的應(yīng)用主要在哪些方面?
曾志男:阿秒激光因?yàn)槠錁O端超快的特性,主要應(yīng)用都是在電子動(dòng)力學(xué)研究方面。利用阿秒脈沖,結(jié)合抽運(yùn)-探測(cè)技術(shù),目前已經(jīng)可以探測(cè)數(shù)十阿秒的超快電子動(dòng)力學(xué)過程。
在原子中,電子的電離過程、多電子的俄歇過程等都得到了廣泛的研究。在分子中,分子的解離過程和控制、分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)與超快電子運(yùn)動(dòng)的耦合等都得到了深入的研究。
目前,阿秒激光結(jié)合瞬態(tài)吸收譜技術(shù)已經(jīng)從較早的原子分子體系拓展到了凝聚態(tài)體系的研究,結(jié)合阿秒激光的超快時(shí)間分辨和超寬的光譜范圍,有可能為凝聚態(tài)物質(zhì)這種復(fù)雜體系的電子動(dòng)力學(xué)研究發(fā)展新的技術(shù)手段,開拓新的方向。
中國激光:強(qiáng)光實(shí)驗(yàn)室在阿秒激光方面的研究主要有哪些呢?
曾志男:實(shí)驗(yàn)室從一開始,為了突破發(fā)展阿秒光源面臨的瓶頸問題,就選擇了與國際主流不同的技術(shù)路線:我們不是通過壓縮驅(qū)動(dòng)飛秒激光脈沖的寬度來獲得單個(gè)阿秒脈沖輸出,而是采取對(duì)驅(qū)動(dòng)飛秒激光光場(chǎng)進(jìn)行亞周期時(shí)間尺度的精密調(diào)控,瞄準(zhǔn)了采用脈寬較寬、強(qiáng)度較高的驅(qū)動(dòng)激光獲得阿秒脈沖輸出的目標(biāo)開展研究。
同時(shí),實(shí)驗(yàn)室提出了多個(gè)創(chuàng)新方案,特別是采用雙色場(chǎng)、多色場(chǎng)控制阿秒脈沖產(chǎn)生和壓縮阿秒脈沖寬度。比如:我們研究了利用雙色場(chǎng)控制單阿秒脈沖產(chǎn)生的機(jī)制和一些方案(PRL98,203901(2007);JPB41,215601(2008);OL33,234(2008);PRA81,033428(2010)等);研究了用雙色場(chǎng)甚至多色場(chǎng)等方法優(yōu)化產(chǎn)生的阿秒脈沖特性,例如用雙色場(chǎng)補(bǔ)償阿秒脈沖產(chǎn)生過程中的啁啾,獲得近傅立葉變換極限的阿秒脈沖(PRL 103, 043904 (2009)),優(yōu)化控制高次諧波和阿秒脈沖的產(chǎn)生效率(PRA 70,053809 (2004);PRA 75,051802(2007); PRL 110,233903 (2013))等。
近幾年,隨著光學(xué)參量放大(OPA)激光技術(shù)的發(fā)展和中紅外長波長激光的出現(xiàn),這方面的研究正在逐步拓展到以中紅外波段激光驅(qū)動(dòng)的高次諧波和阿秒脈沖產(chǎn)生研究。
中科院上海光機(jī)所—上?？萍即髮W(xué)超強(qiáng)激光光源裝置
中國激光:強(qiáng)光實(shí)驗(yàn)室最近在拍瓦激光方面取得了引人注目的成績(jī),這與阿秒激光有怎樣的關(guān)系?
曾志男:拍瓦激光是我們實(shí)驗(yàn)室近幾年的重要進(jìn)展,其特點(diǎn)是超高的激光功率,有可能獲得高功率的高次諧波和阿秒脈沖。基于實(shí)驗(yàn)室在飛秒高功率激光方面的發(fā)展,目前也正在開展一些高功率激光抽運(yùn)的高次諧波產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)研究。但是將來是否進(jìn)一步將其拓展到高功率的阿秒脈沖產(chǎn)生研究,還需要進(jìn)一步深入探索。
轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。
相關(guān)文章
熱門資訊
精彩導(dǎo)讀
關(guān)注我們
