新激光源为基础物理研究带来突破
来源 : 科学之家   发布时间 : 2015-05-14 17:55   浏览 : [ ]
图片说明:阿托秒物理实验室(Laboratory for Attosecond Physics,LAP)的小组成员发现了一种新型的钇:钇铝石榴子石薄片激光器,它由2.2个光学振荡器组成,可发出7.7飞秒的持续光脉冲。脉冲的平均功率为6瓦,能量为0.15微焦,比商业上用的钛宝石激光高1.5个数量级以上。图片来源:Thorsten Naeser

超短及高度强烈的激光脉冲的应用,使科学家在观察原子核外的粒子运动上取得重大突破。事实上,未来电子学的研究取决于电子流的光控制。这将使得数据处理的频率与可见光的振荡频率相当,约为目前技术频率的10万倍。为了达到这一目标,激光技术上的突破是必要的。阿托秒物理实验室现由德国慕尼黑大学(LMU Munich)及马克斯•普朗克量子光学研究(Max Planck Institute of Quantum Optics,MPQ)所联合管理,该实验室的物理学家发现了一种新型光源,它可以让我们更快进入光电离时代。

实验室中所使用的激光大部分都基于钛宝石晶体,20多年来这种材料在超短光脉冲的生产上占据了主导地位。这种垄断局面很快会被打破。所有的现象都表明,薄片激光系统很快会取代之前使用的杆状或厚板装晶体系统。LAP小组已经引进了新型的钇:钇铝石榴子石薄片激光器。它可发出7.7飞秒(1秒的一千万亿分之一)的持续光脉冲,相当于2.2个波的周期。脉冲的平均功率为6瓦,能量为0.15微焦,比商业上用的钛宝石激光高1.5个数量级以上。

物理学家现在已经能非常准确地控制释放脉冲的波形,新的系统将更大提高控制的准确度。如果要对冷凝物质或者单原子中进行电流的关断,那么,对光波电磁场中波形的精确控制是必不可少的,因此,需要选用光电技术。其次,脉冲长度必须限定在几个飞秒内。LAP小组之前所做的实验已经证明,利用特定波形的电磁波可以控制电流的关断,即所谓的相位控制的激光脉冲。但是,实验中的最大关断速率只有每秒几千次。

现在这个速度限制已经解决。新的激光能产生每秒数千万次的高能脉冲,它开创了一个超快物理进程的新领域。这个领域所关注的是只有在阿托秒(10﹣18次方秒)时间等级上能发生的现象,如电子在分子和原子中的运动。阿托秒激光脉冲的产生能实现电子运动的拍摄。
随着新激光的出现,原子拍摄进入一个新的阶段。利用托秒实验室中的钛宝石系统来描述微观世界罕见的事件,需要我们每小时甚至每天都对其进行观察,当然前提是这些信息都能被捕捉到。新设备的引用可以使数据采集率提升至1000和100000等级间,这将有利于我们更快、更准确地研究微观世界的现象。

新一代的激光也可以用来探索自然现象背后的基本过程。不久后,新设备还能够在光谱的紫外线段产生60纳米波长的高能光脉冲。这种脉冲足以激发氦离子,将有利于用光频梳技术确定脉冲的发送频率,Theodor Hänsch教授凭借该技术获得2005年诺贝尔物理奖。这种类型的激光光谱可以实现自然中常量值的高精度计算。

薄型激光器可能很快会成为阿托秒物理和激光光谱学基础研究中的一项标准设备。LAP小组为人们了解微观世界打开了一扇新窗。(科学之家,译审:HH Lang)
文章来源: http://phys.org/news/2015-05-laser-light-source-significant-advances-fundamental.html
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"High-power multi-megahertz source of waveform-stabilised few-cycle light." Nature Communications, 5 May 2015; DOI: 10.1038/ncomms7988

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