乔宾团队提出强激光驱动产生孤立高亮阿秒脉冲新方案

来源:MRE期刊    关键词:激光, 脉冲, 超快,    发布时间:2020-03-23

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  3月18日,北京大学乔宾教授团队与合作者在《物理评论快报》[Physical Review Letters 124, 114802 (2020)]发表论文“Giant Isolated Attosecond Pulses from Two-Color Laser-Plasma Interactions”,提出了强激光驱动产生孤立高亮阿秒脉冲全新方案!


  自激光问世以来,人们的努力方向主要有两个:超快,超强。超短脉冲激光为人们探索微观世界提供强大的技术手段,通常可以用皮秒脉冲观测分子状态,用飞秒脉冲探测化学键或小分子振动,而电子运动则需要阿秒脉冲才能分辨。由于阿秒脉冲技术在控制生化反应及探索疾病的微观起源、提升电子器件运行速度和发展超导技术带动能源革命方面具有重要应用前景,科学家们不断探索,也不断刷新脉宽纪录。要真正将阿秒脉冲用于探测和控制电子的超快运动过程,需要同时具备三个特点:亮度高、脉冲短、和获得孤立的单个阿秒脉冲。这就像照相一样,不仅需要闪光亮度足够高、速度足够快,还需要保证每次照相快门只能闪光一次。


图 1:双色激光与纳米薄靶相互作用产生孤立的高亮阿秒脉光的模型图


  目前,阿秒脉冲辐射主要是利用低功率的弱激光驱动惰性气体通过电离-加速-复合过程产生的高次谐波来获得。但是此种方式最大的问题之一是阿秒脉冲的亮度非常低。北京大学乔宾教授与合作者提出了一种通过双色高功率强激光(>100太瓦)与薄靶相互作用获得孤立的高强度阿秒辐射脉冲光的全新方案。研究发现双色光与薄靶作用时会发生完全不同于单色光作用下的非线性动力学过程,当将双色光的的基频光成份和二倍频光成份的相位差控制为、能量占比控制为十分之一时,可以控制靶内电子的运动状态,在靶破前,阻止靶内电子丢失,调控薄靶在一个周期内由几乎完全反射入射激光的状态迅速转变为完全透射状态,纳米靶中的电子层在这个突变周期内被全部推出靶外,加速、压缩形成高密高能的纳米电子层,电子层在透明激光场中发生强相干同步辐射,不仅使得我们在反射和透射方向都获得孤立的阿秒脉冲光,而且脉冲强度达到单色光作用下的近40倍。PRL审稿人对该方案给出了高度评价,认为这是一项重大的科学进步,提出了利用高功率强激光物质相互作用将孤立阿秒脉冲推向更高亮度的全新方案,有望将相干阿秒脉冲光的强度推进至相对论参数区域,光谱频率推进至X甚至光波段。


  文章介绍:


  北京大学乔宾团队博士研究生张玉雪为该论文第一作者,乔宾教授为通信作者,德国耶那大学Matthew Zepf教授为论文共同通讯作者,合作者包括北京应用物理与计算数学研究所贺贤土院士等。该研究工作得到了国际自然科学基金委重点基金、杰出青年基金、挑战计划、国家重点研发计划的大力支撑。


  论文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.114802