阿秒激光介绍

正如每位摄影师都知道的那样,一个“闪光”可以冻结一个动作,如果动作发生的时间越短,则需要冻结它的“闪光”就相应地要求越短,否则图像就会出现虚影.飞秒脉冲作为光探针,对于观察发生在飞秒时间量级的化学反应来说非常合适,可以很容易地记录到各种分子与原子的动力学过程。

1999年诺贝尔化学奖得主AhmedZewail教授就是利用飞秒激光抽运-探测技术成功地控制了化学键的成键与断裂,观察到了从反应物到生成物的中间过程,从而获此殊荣.但是对于发生在阿秒量级(1as≈10-18s)的物理现象,如原子内电子的跃迁和弛豫过程,飞秒脉冲就显得无能为力了.为了研究阿秒时间量级的超快过程中所发生的瞬态现象,就需要探索产生阿秒脉冲的各种可能的技术和方法。

单个阿秒脉冲产生与测量的实验原理图

产生阿秒脉冲的原理方法

回顾一下从皮秒到飞秒技术的发展过程，我们可以看到有这么几个条件是必要的：

一是新型增益介质的出现。 增益介质作为产生激光的三个必要条件之一，对于飞秒脉冲的产生来说还必须要求具有宽的增益带宽。根据傅里叶变换，增益带宽与持续时间成反比，只有足够的增益带宽才能保证飞秒输出目前通用的增益介质。

二是采用新的激光技术。飞秒脉冲产生利用的是新的锁模技术，其中克尔透镜锁模技术因为机制简单及操作方便已成为目前最常采用的飞秒激光脉冲产生技术。 

三是谐振腔镜的镀膜工艺及腔内色散补偿技术的发展。只有在宽带膜及有效的高阶色散补偿的保证下，才能得到10fs 以下的超短脉冲。但是当飞秒脉冲要向更短的阿秒迈进时，这种产生飞秒的方法却不再适用。原因很简单，主要是受到光振荡周期的限制。

众所周知，可见光的振荡周期大约是2fs，由于脉冲持续时间不可能短于一个光振荡周期，所以在可见光波段不可能产生短于飞秒的光脉冲，要想实现阿秒脉冲必须在高频区（如极紫外或软X射线区）想办法。

高次谐波产生的PaulCorkum模型