物理学家利用等离子体镜效应产生高强度的阿秒光脉冲

当密集的电子片加速到几乎光速时，它就起到反射表面的作用。这种“等离子镜”可用于操纵光。现在，来自马克斯普朗克量子光学研究所，慕尼黑大学和瑞典于默奥大学的物理学家组成的国际团队详细描述了这种等离子体镜效应，并利用它来产生孤立的高强度阿秒闪光。阿秒的持续时间为十亿分之十（10^-18）秒。

极其强大的激光脉冲和物质之间的相互作用开辟了全新的方法来产生持续仅几百阿秒的超短闪光。这些非常短暂的脉冲可以反过来用于探测亚原子尺度的超快物理现象的动态。用于产生阿秒脉冲的标准方法基于近红外激光与诸如氖或氩之类的惰性气体原子中的电子的相互作用。

现在，位于Garching的Max Planck量子光学研究所和慕尼黑路德维希马克西米利安大学（LMU）的阿秒物理实验室的研究人员与Ume大学的同事合作，成功实施了一种新的策略，用于产生孤立的阿秒光脉冲。

在第一步中，允许极其强大的飞秒（10^-15秒）激光脉冲与玻璃相互作用。激光使玻璃表面蒸发，使其组成原子电离并将释放的电子加速到相当于光速的可观部分的速度。由快速移动的电子组成的高密度等离子体在与脉冲激光相同的方向上传播，就像一面镜子。一旦电子达到接近光速的速度，它们就会变得相对论，并开始响应激光场而振荡。随后的等离子体镜的周期性变形与反射的光波相互作用，产生孤立的阿秒脉冲。这些脉冲在光谱的极紫外区域（20-30纳米，40-60eV）具有大约200的估计持续时间和波长。

与使用较长激光脉冲产生的阿秒脉冲相比，由等离子体镜效应产生的那些和具有少量光学循环持续时间的激光脉冲可以通过波形精确控制。这也使研究人员能够观察到生成过程的时间过程，即等离子体镜的振荡。重要的是，这些脉冲比用标准程序可获得的脉冲强得多，即含有更多的光子。

增加的强度使得可以实时更精确地测量亚原子粒子的行为。阿秒光脉冲主要用于映射电子运动，从而提供对原子内基本过程动力学的见解。阿秒光闪烁的强度越高，关于物质内粒子运动的信息就越多。通过实验证明等离子体镜效应产生明亮的阿秒光脉冲，这项新研究的作者开发了一项技术，使物理学家能够更深入地探索量子世界的奥秘。