中佛罗里达大学通过工业级激光器产生阿秒激光
2020年8月21日来自美国中佛罗里达大学(简称UCF)的研究人员发表于Science Advances上研究表明,工业级激光器可用于产生阿秒激光脉冲。
阿秒科学彻底改变了我们观察微观世界随时间演变的方式,在微观世界中,物质的行为受量子力学规则的支配。使该领域发展成为可能的技术突破是基于超短激光脉冲的产生,这种脉冲只持续电磁波的几个周期振荡。这些短脉冲的聚焦强度相当于电子在原子和分子中经历的电场强度。阿秒科学领域最初是通过将强激光脉冲非线性压缩到两个光学周期以下而得以实现的。二十年后,要产生这样的短脉冲,仍然需要最先进的激光器,才能最有效地利用稀有气体中的“瞬时”光学非线性来进行频谱加宽和参数频率转换。激光通过在充满稀有气体(如氙气或氩气)的管中传播来制造阿秒科学所需的极短激光脉冲,以进一步在时间上压缩脉冲。UCF团队表明,在分子气体中驱动时,使用实质上比几个周期更长的脉冲时,非线性压缩可能是有效的,因为增强了非线性。增强的光学非线性与旋转对准相关。

中佛罗里达大学(简称UCF)物理系助理教授,该研究的主要研究人员Michael Chini表示阿秒科学的主要挑战之一是它依赖于世界一流的激光设备并且需要大型的实验室设备和洁净的实验环境。” UCF作为全美排名第二的最大的大学和全美三大光学中心之一,拥有一个实验室,全世界其他地方拥有另外十二个实验室。但是遗憾的是,由于阿秒科学成本高昂导致其他领域的科学家不能跨学科将其用于研究。
为了突破阿秒科学应用瓶颈降低其成本,研究人员使用分子气体(如氧化亚氮)替代惰性气体作为空芯光纤脉冲压缩器,并改变它们通过气体发出的脉冲的长度,来压缩来自工业级激光器的大约100个周期的脉冲。研究人员通过实验证明来自工业级激光器的80周期脉冲可以同时驱动分子排列和气体填充的管中的超连续光谱产生,从而实现了超过45倍的压缩,压缩时间为1.6个周期。研究人员认为这种技术可以实现单周期脉冲。Michael Chini表示他们的研究表明工业级激光器现在可以用来产生阿秒脉冲,这种可产生阿秒脉冲的工业级激光器大约花10万美元就可以从几十个供应商处购得。并且设置很简单,可以与各种具有不同参数的激光器一起使用。
该论文一作John E. Beetar(UCF物理系博士生)说:“气体的选择和脉冲的持续时间是关键。”同时,他表示如果试管中充满了分子气体,特别是线性分子气体,由于分子倾向于与激光场对准,便可以增强压缩脉冲的效果,但只有当脉冲足够长时,这种对准引起的增强才会出现。并且由于旋转对准的时间取决于分子的惯性,当气体的旋转对准时间与激光脉冲的持续时间一致时,其增强效果将达到最大化。
阿秒科学的工作原理有点像小型化的声纳或3D激光测绘,当一个阿秒光脉冲入射到一种材料介质时,与材料中电子的相互作用使脉冲变形。研究人员便可以通过测量这些畸变,来构建电子的图像及电子运动的轨迹。阿秒精度的测量能力使研究人员能够研究原子和分子内部电子在自然时间尺度上的快速运动。

测量这种快速运可以可以帮助研究人员深入了解光与物质之间的相互作用,从而为太阳能发电、探测化学、生物武器以及医疗诊断等工作提供信息。商业、工业级激光的使用可以使阿秒科学更容易获得,并使几乎没有激光背景的科学家能够进行跨学科应用。[江苏激光产业技术创新战略联盟]
你可能感兴趣的文章:
- 太赫兹光子学组件研究获重大突破有助造出廉价紧凑型量子级联激光器实现6G电信连接
- 美国国防部起草激光器设计指南
- 材料科学家开发出第一台电注入激光器
- IPG Photonics推出“破纪录”超紧凑型光纤激光器
- 前沿热点:用硅基激光器提高数据容量限制
- 上海光机所在锁模光纤激光器光谱控制技术研究中取得进展
- 华盛顿大学用红外激光器制冷固态半导体材料冷却低于室温至少20°
- 太赫兹技术新突破:科学家开发新型锁相技术实现太赫兹激光器创纪录高输出功率
- 宾夕法尼亚大学科学家在涡旋激光器和涡旋束探测器方面取得突破
- 二维半导体为纳米激光器带来新曙光
- 新加坡南洋理工大学和大阪大学联合研发一款超高速太赫兹无线芯片
- 上海光机所提出磷酸盐玻璃作为可见光激光材料的新方案
- 科学家最新研究离实现室温超导体又近了一步
- 苏州纳米所等在超高精度激光光刻技术研究中获进展
- 中国长城推出首台半导体激光隐形晶圆切割机
- 美陆军资助项目开发新型光学器件有望大幅推动光子芯片技术发展
- 经过半个世纪的努力科研人员制造出了硅基发光体
- 长春应化所等在新型半导体激光器研究中取得进展