科學家采用飛秒激光實現阿秒電子動力學直接測量

  中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室研究人員采用高對比度飛秒激光脈沖技術與等離子體鏡鎖相機制，解決了飛秒激光脈沖與阿秒電子脈沖的時空同步難題，實驗中觀測到電子在光場調制下的空間條紋圖，實驗驗證了“全光阿秒電子示波器”的可行性。該研究成果近日發表于《自然—光子學》。

光子與電子相互作用是自由電子激光、阿秒科學和物質科學的前沿問題之一。超快電子學研究目前已達到飛秒量級時間分辨率，并在超快電子顯微鏡、超快條紋相機和自由電子激光方面取得豐碩進展，但是原子、分子和凝聚態物質內部的動力學研究需要亞飛秒甚至阿秒時間分辨率。通過飛秒光場直接度量電子的亞周期動力學特性，可以提供前所未有的阿秒級時間分辨率，但飛秒激光脈沖與阿秒電子脈沖難以實現高精度時空同步。

為此，中國科學院上海光學精密機械研究所科學家基于級聯的交叉偏振波和飛秒光產量放大效應，發展了新型的脈沖凈化技術，有效提升了現有百太瓦和拍瓦級超強超短激光系統時間對比度，相應技術已進一步應用于國家重大基礎設施上海超強超短激光實驗裝置。在這項實驗中，研究人員利用高對比度的800納米飛秒激光脈沖聚焦到反射鏡面上，電子在激光鎖定相位下以阿秒電子脈沖鏈形式出射，解決了激光光場—阿秒電子脈沖之間的精確時空同步的難題。

專家表示，這項研究揭示了強光場下固體表面阿秒時間尺度超快而復雜的電子動力學過程，實現對自由電子脈沖序列阿秒動力學的直接探測，為從飛秒電子度量學跨越到阿秒電子度量學提供了新的參考。