雙指針阿秒鐘的研究新進(jìn)展
原子分子內(nèi)電子運(yùn)動(dòng)的時(shí)間尺度約在阿秒(10-18s)量級(jí),追蹤和測(cè)量原子或分子中電子的運(yùn)動(dòng)是物理學(xué)家的重要目標(biāo)之一。超快激光技術(shù)的出現(xiàn),使得探索原子分子內(nèi)電子的超快動(dòng)力學(xué)行為成為可能。基于圓偏振激光的阿秒鐘(attoclock)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)超快激光作用下原子的電子動(dòng)力學(xué)測(cè)量的一種重要的研究手段。利用圓偏光旋轉(zhuǎn)的光矢量將不同時(shí)刻電離的電子偏轉(zhuǎn)到不同角度,通過(guò)角度—時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)現(xiàn)阿秒時(shí)間分辨。傳統(tǒng)的研究方案是采用少周期單色圓偏振激光脈沖,通過(guò)光電子動(dòng)量譜研究電子隧穿信息。但由于使用少周期脈沖,獲得的光電子動(dòng)量譜通常不含有電子干涉效應(yīng),不能獲取隧穿電子波包信息。 北京大學(xué)物理學(xué)院、人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室“極端光學(xué)創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)”劉運(yùn)全教授和龔旗煌院士等,針對(duì)雙色同向旋圓偏光構(gòu)建的阿秒鐘的工作方式展開(kāi)深入研究,并取得系列進(jìn)展。他們首先利用雙色(ω + 2ω)同向旋圓偏光可構(gòu)建雙指針阿秒鐘[M. Han et al., Phys. Rev. let. 119,073201],其中弱的基頻光ω做“時(shí)針”,強(qiáng)的二倍頻2ω為阿秒鐘的“分針”,打破了圓對(duì)稱(chēng)性,這種相互作用構(gòu)型類(lèi)似于空間旋轉(zhuǎn)的時(shí)域雙縫干涉儀(圖1a),可從電子干涉譜上可提取阿秒時(shí)間尺度電子動(dòng)力學(xué)信息。 圖2. 實(shí)驗(yàn)提取的時(shí)間分辨的電子波包動(dòng)量分布。800nm光場(chǎng)強(qiáng)度分別為(a)0.0045a.u.和(b)0.02a.u., 400nm電場(chǎng)強(qiáng)度固定為0.04a.u.。 近期,他們實(shí)驗(yàn)上通過(guò)測(cè)量雙色同向旋圓偏場(chǎng)中(400nm+800nm)激光強(qiáng)度依賴(lài)的電子動(dòng)量分布,給出了雙指針阿秒鐘在不同強(qiáng)度比下的統(tǒng)一描述。該工作利用先進(jìn)的冷靶反沖離子電子動(dòng)量成像譜儀(COLTRIMS),獲得了高動(dòng)量分辨單色400nm圓偏振激光(圖1b)以及不同強(qiáng)度比同向旋轉(zhuǎn)雙色園偏振強(qiáng)激光場(chǎng)中的光電子的干涉圖案(圖1c和1d)。通過(guò)與理論模擬 [強(qiáng)場(chǎng)近似(SFA)和數(shù)值求解含時(shí)薛定諤方程(TDSE)],揭示了時(shí)針(800nm)對(duì)旋轉(zhuǎn)的庫(kù)侖勢(shì)的影響以及進(jìn)而引發(fā)的對(duì)電子波包幅度和相位的調(diào)制。通過(guò)改變兩束光的強(qiáng)度比,雙指針阿秒鐘技術(shù)實(shí)現(xiàn)了“縫寬”可變的空間旋轉(zhuǎn)的時(shí)域雙縫干涉,基于電子的干涉譜可提取出阿秒時(shí)間分辨隧穿電子波包的振幅和相位信息(圖2)。雙指針阿秒鐘(attosecond-clock)技術(shù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)圓偏場(chǎng)中非絕熱效應(yīng)的阿秒測(cè)量,以及自旋極化動(dòng)力學(xué)的阿秒控制有重要應(yīng)用。該研究工作發(fā)表在近期 《物理評(píng)論快報(bào)》上[“Universal Description of Attoclock with Two-color Corotating Circular Fields‘’, Phys. Rev. Lett. 122, 013201(2019)]. 研究論文第一作者是葛佩佩同學(xué),研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部、人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、量子物質(zhì)科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心和極端光學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心等的支持。
北京大學(xué)
2021-04-11