西安光机所阿秒脉冲测量研究取得新进展

企业新闻 | 2021-01-07
本文摘要:最近,中国科学院Xi光学精细机械研究所瞬态光学与光子学国家重点实验室的研究团队取得了新的进展。

最近,中国科学院Xi光学精细机械研究所瞬态光学与光子学国家重点实验室的研究团队取得了新的进展。在挖掘阿秒脉冲产生和测量的一系列关键技术的基础上,首次获得了159as孤立阿秒脉冲的实验结果。阿秒脉冲的产生机制来自于非超强激光和物质极端非线性过程中阿秒谐波的产生过程。阿秒谐波在时域上表现为距离为半个光学周期的阿秒脉冲序列。

对于许多应用,需要从阿秒脉冲序列中自由选择单个或隔离的阿秒脉冲。另外,由于阿秒谐波的产生效率很低(一般为10-6甚至更低),产生的阿秒脉冲能量很低(一般为纳米脉冲),孤立阿秒脉冲的产生和测量成为阿秒技术及其应用的核心关键技术。

为了构建高效的孤立阿秒脉冲的产生,该团队首先讨论了中心波长为750nm的短周期Ti: sapphire飞秒脉冲和ne气体靶上稳定正弦振幅的载波激发极紫外(XUV)波段的古谐波,并利用双光学选通方法对飞秒脉冲驱动的光电场进行整形,使产生阿秒脉冲电磁辐射只需要一半的驱动光周期,构建了孤立阿秒脉冲的选通。同时,为了构建低转换效率的孤立阿秒脉冲,该团队通过优化驱动光脉冲与惰性气体的相互作用参数,构建了振幅参考,并利用薄膜滤波技术,将毫焦量级的红外驱动光与纳米焦量级的XUV阿秒脉冲有效分离,同时构建了孤立阿秒脉冲的色散补偿。

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此外,该团队独立设计并开发了一款高能量分辨率阿秒条纹相机。目前,阿秒条纹相机是测量阿秒脉冲的一种非常常用的方法。其原理是XUV阿秒脉冲与惰性气体靶相互作用产生阿秒光电子,在近红外电场中调制,通过延时扫描获得阿秒光电子谱图,通过反演重构算法获得阿秒脉冲的光电场产生和脉宽等信息。其核心技术是用于测量光电子动量的时间飞行光谱仪的设计与开发。

该团队利用电子光学技术独立设计开发了一种长度为2m的飞行时间光谱仪。光谱仪采用磁瓶结构,解决了光电离后会聚角大导致的光电子收集效率低的问题。

此外,利用动态瞄准系统的实时瞄准技术,在近红外泵浦光和XUV观测光脉冲之间构建高精度实时稳定的目标。在上述关键技术成功发展的基础上,利用获取的阿秒光电条纹序列,通过反演重构算法获得了孤立阿秒脉冲的序列幅度和脉冲长度信息。

最后,隔离的阿秒脉冲宽度为159as,色散补偿过程进一步优化以获得更宽的阿秒脉冲宽度。研究工作得到了国家自然科学基金重大项目、中国科学院创新国际团队、中国科学院重点技术人才团队、西方青年学者项目等的支持。中国科学院光电研究所李杰博士也对这项工作给予了大力协助。


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