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深度解讀

《Nature》子刊:激光直接測繪阿秒脈沖的電子動力學

星之球科技 來源:江蘇激光產業創新聯盟2020-12-18 我要評論(0 )   

最近,來自上海光機所的研究人會員觀察到使用飛秒激光場誘導的周期性的 電子束條紋。科學家們首次為大家展示了 前所未有的的時間分辨率的阿秒電子動力學的直接計量學結...

最近,來自上海光機所的研究人會員觀察到使用飛秒激光場誘導的周期性的 電子束條紋。科學家們首次為大家展示了 前所未有的的時間分辨率的阿秒電子動力學的直接計量學結果。這一研究成果發表在近日出版的Nature子刊《Nature Photonics》上。

(a) 激光測繪阿秒電子動力學;(b) 相位空間和角分布

圖解: (c) 從等離子鏡子中從不同的噴射次數中同反射的激光脈沖的頂點發射出電子

最近,來自上海光機所的研究人會員觀察到使用飛秒激光場誘導的周期性的 電子束條紋。

科學家們首次為大家展示了 前所未有的的時間分辨率的阿秒電子動力學的直接計量學結果。這一研究成果發表在近日出版的Nature子刊《Nature Photonics》上。

電子和光子的相互作用是微觀物理學的基礎。在一個光場的驅動下對超快電子動力學真相的揭示會導致超快電子衍射和微觀分析,超快條紋相機,自由電子激光的巨大進展。這些背后的動力學機制均在飛秒時間尺度之下被隱藏起來了,因此探究和追蹤電荷動力學在這些領域中的應用需要一個前所未有的時間分辨率的設備儀器來完全探究其潛在的東西。然而,直接達到進行光場表征自由電子脈沖仍然面臨著巨大的挑戰,這是因為在獲得光場和電子的相位的匹配上依然非常困難。

在本研究中,直接探測自由電子脈沖列的阿秒動力學可以通過一個可比分辨率的新的實施辦法,稱之為條紋成像的基本理念來進行實施,此時的條紋通過一個亞相對論紅外激光場(sub-relativistic infrared laser field)來進行控制。

阿秒電子脈沖列的激光條紋的實驗證據

通過使用一個高對比度的激光器和等離子鏡片,發射的電子脈沖在激光電場中停留且保持一定的位相,此時可以巨大的緩和時間同步上的巨大挑戰。隨著反射的激光場作為一個條紋場,阿秒電子脈沖在不同的光循環中產生,從而可以在遠場橫向進行分離。

依據原場圖像,電子在屏幕中的時變撓度條紋的位置,測繪電子脈沖的時間分布至空間分布。三組電子在上升的邊緣 (I)分別噴出,在頂點的相鄰區域 (II),在激光脈沖(III)的尾部在激光場中經歷著不同的超快過程。

電子發射自等離子鏡片在不同噴射時間同反射的電子脈沖相對應時計算得到的相位空間和角分布

實驗觀察結果證實了探索時間——空間測繪時,采用激光場誘導的辦法來觀察電荷在阿秒分辨率層面下的等離子表面的超快動力學。可以達到的瞬時條紋速度為60 μrad/as,是其競爭對手THz條紋速度的幾個數量級。

這一直接的空間占據主導地位的辦法為各種不同的阿秒計量學開辟了道路和為將來光波電子學的應用鋪平了道路。

文章來源:Zhou, C., Bai, Y., Song, L. et al. Direct mapping of attosecond electron dynamics. Nat. Photonics (2020). https://doi.org/10.1038/s41566-020-00730-6


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阿秒激光激光技術

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