物理学院乔宾课题组在《物理评论快报》报道强激光驱动产生孤立高亮阿秒脉冲新方案

日前,北京大学物理学院乔宾课题组与合作者在《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”,提出强激光驱动产生孤立高亮阿秒脉冲新方案。

紫外/X射线相干光源对应的阿秒脉冲光具有超高的时间(〖10〗^(-18) s)和空间(〖10〗^(-9) m)分辨率,在物理、生物和化学等领域被广泛用于探测分子、原子等小尺度内的运动状态和结构,测量温稠密物质参数等。特别是孤立的高亮度宽谱阿秒脉冲光源有望用于探测和控制原子和分子内电子超快运动过程,在超快信息、材料科学和生命科学等领域有重要应用前景。高功率强激光(>100TW)与物质相互作用驱动产生高次谐波的方式是当前最有希望获得高亮阿秒相干脉冲的手段之一,有可能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γ光波段。但是,实验室运行的高功率激光器脉冲周期大多都在20-50飞秒左右,产生的阿秒脉冲一般为半个或一个周期间隔的阿秒脉冲链。目前,产生单个阿秒脉冲的方法是利用各种时空控制门方法如偏振门[Science 314, 443 (2006)]、振幅门[Nature 427, 817 (2004)]和离化门[Appl. Phys. B 93, 433 (2008)]等技术,但是这些方法会造成辐射亮度下降,降低获得的单个阿秒脉冲的强度。因此,针对目前高功率强激光,目前国际上最大的瓶颈问题之一就是如何获得孤立的单个高亮阿秒脉冲。

乔宾教授与合作者提出了通过双色激光与薄靶相互作用获得孤立的高强度阿秒辐射脉冲光的新方案。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π、能量占比控制为W=0.1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场的状态迅速转变为完全穿透状态的突变过程,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,提出了利用激光物质相互作用将孤立阿秒脉冲强度推向更高强度的全新方案。

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

物理学院乔宾课题组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,合作者中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。

论文衔接:

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

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