高能量单阿秒脉冲光源产生、 控制及应用
阿秒量级光脉冲的实验方法
实验方法主要包括以下几个步骤：
激光系统选择：选择能够产生阿秒量级光脉冲的激光器，常见的有飞秒激光器（femtosecond laser）和飞秒光纤激光器（fiber femtosecond laser）等。
光脉冲压缩：通过使用光学非线性效应将光脉冲进行压缩，以获得更短的脉冲宽度。
常用的压缩方法包括福克-哥里亚转换（FROG）和自相关（autocorrelation）等。
光脉冲测量：通过使用阿秒级离散自相关（ASD，asymmetric spectral dispersion）技术或阿秒级频率梳（AFS，asymmetric frequency comb）技术，对光脉冲的波形和频谱进行测量和分析。
光脉冲调控：根据实验需求，使用光学元件（如光栅、衍射片、非线性晶体等）对光脉冲进行调控，以实现所需的光参数和光学效果。
光脉冲应用：根据实际需求，将阿秒光脉冲应用于不同的实验领域，如超快光谱学、材料科学、量子光学、生物医学研究等。
需要注意的是，阿秒量级光脉冲的实验方法包含复杂的光学设备和技术，需要专业知识和丰富的经验来进行操作和分析。
我国阿秒脉冲的啁啾控制研究获新突破
据马鹿生殖生理特点，研究建立了以非手术为基础的茸鹿性控冷冻精液人工授精技术规程，用性控冻精进行人工授精，情期受胎率达到67.5%；成功地将优质高产公鹿精液进行了X/Y精子分离，建立了马鹿性控冷冻精液的生产技术和性控冻精产品的企业技术标准；收集建立了国内主要优秀的种马鹿细胞系5个，并开展了相关遗传基础研究。
据专家介绍，茸鹿精子分离性别控制技术应用流式细胞分选技术，制备可以长距离低温运输的马鹿X/Y精子，纯度达90%以上，冷冻精液活力达到0.45以上，为输精生产和进一步的研究奠定了基础，并率先在国内进行了较大规模的推广示范，目前已具备大规模生产马鹿性控冻精的能力和实现产业化的条件。
（科技日报）等离子纺织印染技术可节能减排30%近期从中科院微电子所了解到，该所和中国纺织科学研究院江南分院联合研制的常压等离子体共性技术设备在绍兴通过中国纺织工业协会鉴定，该设备应用于棉布轧染的前处理流程，可节能减排约30%。
据课题组负责人王守国博士介绍，按传统工艺，棉布在纺织染色印花前需经过退浆等工序，通过添加强碱进行高温蒸煮后用水洗涤，产生含大量化学需氧量(COD)的废水，工艺能耗高，对环境污染严重。
应用常压等离子技术处理后，棉布在轧染的前处理过程可省略或缩短退浆煮练等过程，降低生产成本，减少水资源浪费和化学污染物排放。
同时，该技术对于改善纤维染色印花性能、提高色牢度、提高羊毛防毡缩性能、改善织物手感风格、去除甲醛及过敏性气体等也有明显效果。
据了解，利用等离子体技术进行棉布轧染前处理是多个国家正在研究的课题，但目前只是在实验室做小样面料的实验，尚未制成能满足实际工业生产需求的样机。
此次工业用常压等离子技术处理设备的成功研制，是推动等离子技术在纺织印染工业生产领域广泛使用的一大突破。
经过5年的努力，已研制成功了平幅、连续、大功率、高效的常压等离子体工业化设备样机。
目前，常压等离子体示范实验基地已在位于绍兴的中纺院江南分院建成，并实现连续稳定运行。
紫外-啁啾激光束驱动He原子获得阿秒脉冲
紫外-啁啾激光束驱动He原子获得阿秒脉冲冯立强;李义【摘要】为了获得X射线范围内的阿秒脉冲,采用紫外-啁啾组合激光束产生高强度谐波光谱和阿秒脉冲的方法,进行了理论分析.结果表明,当引入正向啁啾参量时,虽然谐波截止能量有微小延伸,但是谐波辐射效率明显下降;当引入负向啁啾参量时,不仅谐波截止能量得到延伸,并且谐波辐射效率比正向啁啾条件下有所增强;将一束125nm的紫外光源引入到啁啾激光下,由于共振增强电离的影响,谐波辐射效率有明显增强,在紫外-正向啁啾驱动下,不仅谐波辐射强度被增强25倍,而且谐波截止能量得到延伸,形成了一个382eV的平台区,在紫外-负向啁啾驱动下,虽然谐波截止能量没有明显变化,但是谐波辐射效率有110倍的提高,进而形成一个410eV的平台区;通过叠加组合场下的谐波,可获得一系列70as以内的单个阿秒脉冲.该研究对阿秒科学的发展是有帮助的.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2019(043)005【总页数】6页(P629-634)【关键词】激光光学;阿秒脉冲;高次谐波;紫外光源;啁啾激光【作者】冯立强;李义【作者单位】辽宁工业大学理学院,锦州 121001;辽宁工业大学理学院,锦州121001【正文语种】中文【中图分类】O562.4引言在过去几年中，阿秒量级超短光源的产生获得了飞速发展[1-2]。
高次谐波(high-order harmonic generation,HHG)作为最成功的获得单个阿秒光源的方法被广泛关注和研究[3-4]。
目前，高次谐波的产生可以由强激光场驱动原子、分子或者固体来获得。
其中，原子和分子辐射高次谐波作为产生单个阿秒脉冲的主要方法被广泛研究[5-7]。
其过程可以由半经典三步模型来描述[8]，即电离-加速-回碰过程。
随后，通过叠加谐波光谱的平台区可获得阿秒脉冲。
根据三步模型的描述，谐波光谱的截止能量在Ip+3.17×I/(4ω2)附近。
这里，Ip，I，ω分别代表体系电离能、激光强度以及激光频率。
单脉冲调光 三脉冲
单脉冲调光三脉冲
单脉冲调光和三脉冲调光都是LED灯光调光技术中常见的方法。
首先，让我们来看看单脉冲调光。
单脉冲调光是一种简单的LED调
光技术，它通过改变LED灯的通电时间来控制亮度。
当LED灯接收
到一个脉冲信号时，它会发光，而当没有脉冲信号时，LED灯则不
发光。
通过改变脉冲信号的宽度和频率，可以实现LED灯的调光效果。
这种方法简单易行，但可能会引起闪烁和视觉不适的问题。
而三脉冲调光则是一种更先进的LED调光技术。
它通过在一个
周期内将LED的通电时间分成三个部分来实现调光。
这三个部分分
别是导通角、续流角和关断角。
通过控制这三个部分的时间比例，
可以实现LED灯的精细调光，同时减少闪烁和视觉不适的问题。
相
比单脉冲调光，三脉冲调光技术可以提供更稳定和舒适的光照效果。
从技术角度来看，单脉冲调光和三脉冲调光都有各自的优缺点。
单脉冲调光简单易实现，成本低，但容易出现闪烁和视觉不适；而
三脉冲调光技术能够提供更稳定和舒适的光照效果，但实现起来相
对复杂，成本也较高。
因此，在实际应用中，需要根据具体的场景
和要求来选择合适的调光技术。
此外，从能源效率的角度来看，三脉冲调光技术相对于单脉冲调光技术能够更好地实现能源的节约，因为它可以更精细地控制LED的亮度，从而在满足照明需求的同时减少能源的消耗。
综上所述，单脉冲调光和三脉冲调光都是LED灯光调光技术中常见的方法，它们各自有着不同的特点和适用场景。
在选择LED调光方案时，需要综合考虑技术实现、成本、光照效果和能源效率等因素，以找到最适合的解决方案。
超快激光的新前沿——阿秒科学
苍 宇 魏志义 张 杰
中国科学院物理研究所光物理实验室 北京
摘 要 超短脉冲激光正在进行着从飞秒
向阿秒
的跨越 这一跨越对于激光原理
和激光应用来说都有很重要的意义 文章通过阿秒脉冲与飞秒脉冲比较来介绍超快激光的新前沿 ) ) ) 阿秒科学 包
括阿秒科学的诞生 !现状以及由于阿秒脉冲的产生而出现的阿秒科学的概况
物理
垒发生隧道电离 紧接着 在激光场的下半个周期
里 许多自由电子又随着激光场的转向得到了向心
的加速度 快速地与离子核复合 这种快速的振荡运
动 束缚 自由 束缚 可以诱导出 ÷ 射线波段的
高次谐波 诱导这些谐波能够达到非常高的阶数 大
于
在时间域内 这些谐波的组合对应着一串
阿秒的远紫外脉冲序列 最近已经有实验用高次谐
如 使用能量高度集中的飞秒激光脉冲进行微加工
据德国汉诺威的激光中心报道 由于飞秒脉冲与物
质的非热相互作用 比起普通的激光更有利于开展
超精细结构的生产制造 这对于复杂形状的微加工
具有特别的价值 另外 这一技术还可用于复杂的脑
外科及眼科手术中 德国 ∞ 大学的 & 采用高
强度钛蓝宝石单束激光 发明了目前世界上最精细
个成语来自于当时欧洲人对哥伦布发现新大陆的一种表示 后来这句话也用来对其他领域探险成功的表示 例
如在原子核领域 这种探险的榜样是恩#费米在原子核领域内进行的第一次核反应试验
今年 月 日是费米的百年诞辰 许多单位 如芝加哥大学的费米实验室 !意大利的 ° 大学和美国的能
路不对称性的变化 两个波一先一后地到达非线性
材料 引起非线性响应信号发生相应改变 观察非线
强场作用下Ar原子非次序双电离微观动力学及电子关联特性
信阳师范学院硕士学位论文强场作用下Ar原子非次序双电离微观动力学及电子关联特性姓名：***申请学位级别：硕士专业：理论物理指导教师：***201103摘要本论文主要利用三维经典系综模型对强激光场与物质相互作用中的强场非次序双电离进行研究。
所研究的内容主要包括两个方面，一是强场阈值上非次序双电离对周期超短脉冲载波包络相位的依赖关系；二是通过轨迹分析，研究强场非次序双电离过程中的关联电子的微观动力学及其关联特性。
利用三维经典系综模型研究了周期量级激光脉冲驱动的氩原子非次序双电离，所得结果表明，随载波包络相位‘ｐ的增加，具有不对称双峰结构的离子纵向动量分布重心从负动量转移到正动量，并且Ｉｐ每改变兀时ＡＰ离子的纵向动量呈现相反的分布。
在重碰撞过程中核与电子之间的库仑势发牛变化后，计算得到的舻＋离子纵向动量分布随载波包络相位的变化与实验结果【Ｐａｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．９３，２６３００１（２００４）］定量一致。
根据上述计算和分析，提出了一种测量载波包络相位的更为简便的方法。
利用三维经典系综模型研究了碰撞阈值下氩原子的非次序双电离。
计算结果表明，关联电子末态纵向动量主要分布在二、四象限，且在原点附近几乎没有分布：ＡＰ离子末态纵向动量谱在零动量附近呈单峰结构。
上述结果与实验结果【Ｖｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．１０１０５３００１（２００８）］定量一致．轨迹分析表明，在碰撞阈值下，氩原子非次序双电离的微观物理机制在不同激光强度下是不相同的。
当激光强度Ｉ＝０．７×１０１４Ｗ／ｃｍ２时，一次碰撞主导重碰撞过程。
而当Ｉ＝０．４ｘ１０１４Ｗ／ｅｍ２时，多次碰撞占主导。
另外，在碰撞阈值下，核与电子之间的库仑作用，对碰撞前后电子的微观动力学行为有很大的影响，并最终影响关联电子末态动量分布。
它延迟了电子的电离时间，进而影响末态关联电子的动量关联特性，使电子．电子背靠背散射（反关联）占主导地位。
并且，统计结果显示，背靠背散射的比率并不随激光强度的减弱而升高。
产生阿秒激光脉冲的实验方法
产生阿秒激光脉冲的实验方法产生阿秒激光脉冲的实验方法引言：阿秒激光是当今光学研究领域的前沿技术之一，它的特点是在极短的时间内就能释放出极高能量的脉冲。
阿秒激光在物理、化学和生物学等领域都有广泛的应用，被誉为“光束的极限”。
本文将介绍如何产生阿秒激光脉冲的实验方法，以及这项技术的应用。
一、基本原理阿秒激光产生的基本原理是通过激光脉冲的超快速调制和放大来实现。
在基础激光器上产生一个连续的激光束，然后通过非线性光学晶体进行频率转换，产生一个高能量、短时间的激光脉冲。
这个过程需要精确的光学组件和相干光源的支持，才能获得稳定且高质量的阿秒激光脉冲。
二、实验方法1. 光学系统的搭建要产生阿秒激光脉冲，首先需要搭建一个稳定的光学系统。
光学系统包括激光器、振荡器、光学晶体、光学透镜和光学探测器等组件。
通过使用高精度的光学元件，可以实现激光束的精确控制和调制。
2. 脉冲放大系统在产生激光脉冲的过程中，需要经历放大过程。
通过使用放大器，可以将较弱的激光脉冲放大到足够强度，以产生阿秒激光脉冲。
放大器的选择和优化对于获得高质量的激光脉冲至关重要。
3. 调制和压缩系统为了产生阿秒激光脉冲，还需要进行激光脉冲的调制和压缩。
调制可以通过光纤或非线性晶体来完成，而压缩则需要使用光学反射器和光学延迟器等光学元件。
优化调制参数和控制各个组件之间的相互作用是实现高质量阿秒激光脉冲的关键。
三、应用领域1. 物理学阿秒激光在物理学领域有广泛的应用，例如在纳米尺度物质表征方面。
由于阿秒激光脉冲的时间分辨率非常高，可以观察到原子级别的动态过程。
这对于研究材料的结构和性质具有非常重要的意义。
2. 化学学在化学研究中，阿秒激光可以用于实时观察和控制化学反应的过程。
通过短时间间隔内的光谱测量，可以揭示化学反应发生的机理，并优化化学过程。
这对于新材料的合成和能源转化有重要的应用价值。
3. 生物医学阿秒激光在生物医学研究中也有广泛的应用。
通过观察生物分子的动态变化和光敏反应过程，可以对生物体进行非侵入性的探测和治疗。
诺贝尔物理学 阿秒光脉冲
诺贝尔物理学阿秒光脉冲阿秒光脉冲是指一种时间极短、能量极高的光脉冲，其脉冲宽度在阿秒量级（1阿秒=10^-18秒）左右。
诺贝尔物理学奖于2018年授予了高谷树一郎和道原秀之，以表彰他们在阿秒光脉冲的研究和应用方面所取得的突破性成果。
阿秒光脉冲的研究不仅对物理学领域具有重要意义，也在生物医学、化学和材料科学等领域展现出巨大的潜力。
阿秒光脉冲具有极高的光强和极短的脉冲宽度，这使得它在研究微观世界和快速动态过程中具有独特的优势。
阿秒光脉冲的产生离不开激光技术的发展。
激光是一种高度聚焦的光束，具有单一波长和相干性。
通过将激光束经过特殊的增益介质放大，可以产生阿秒光脉冲。
而阿秒光脉冲的产生，又为研究物质的基本性质和微观过程提供了一种全新的手段。
阿秒光脉冲在物理学领域的研究中有着广泛的应用。
首先，阿秒光脉冲可以用于研究原子和分子的动力学过程。
由于阿秒光脉冲的时间尺度极短，可以实时观察原子和分子的电子结构和化学反应过程。
这对于理解化学反应机理和开发新的材料具有重要意义。
其次，阿秒光脉冲还可以用于研究凝聚态物质的电子和晶格动力学。
通过观察材料中电子和晶格的运动，可以揭示材料的电子结构和相变机制。
此外，阿秒光脉冲还可以用于研究超快光学现象，如光子晶体、光学波导和光学器件等。
除了物理学领域，阿秒光脉冲在生物医学和化学领域的应用也日益受到关注。
在生物医学领域，阿秒光脉冲可以用于显微成像和分子探测。
通过使用阿秒光脉冲进行显微成像，可以实时观察生物分子和细胞的活动过程，为生物学研究提供了一种全新的手段。
在化学领域，阿秒光脉冲可以用于研究化学反应的速率和机理。
通过观察化学反应的过程和产物，可以揭示化学反应的动力学和热力学规律，为化学合成和催化反应的设计提供理论依据。
阿秒光脉冲的研究和应用正日益深入，但仍面临一些挑战。
首先，阿秒光脉冲的产生和探测技术仍需要进一步改进。
目前，阿秒光脉冲的产生和探测技术仍受到实验条件和设备限制，需要更加稳定和高效的技术手段。
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第三届全国原子分子光物理青年科学家论坛
高能量单阿秒脉冲光源产生、 高能量单阿秒脉冲光源产生 控制及应用
兰鹏飞
2013年10月27日
报告内容
1 2 3
个人简历 主要研究工作 总结与讨论
学 习 工 作 简 历
2000-2004： 2000 2004 华中科技大学，物理学院，学士 华中科技大学 物理学院 学士 2004-2009： 华中科技大学，国家光电实验室(筹)，博士 2009-2012： 华中科技大学，国家光电实验室(筹)，留校工作 华中科技大学 国家光电实验室(筹) 留校工作 2009-2011： 日本RIKEN， 国际特别研究员 2011-2013： 日本RIKEN， 协力研究员 2013-至今： 华中科技大学物理学院，教授 日本RIKEN， 客座研究员
2
主要科研工作
阿秒脉冲量子控制新机制的研究 高能量单阿秒脉冲产生的实验研究
研究背景
Nobel Lecture: Passion for precision
Precision measurements have always appealed to me as one of the most beautiful aspects of physics. With better measuring tools, one can look where no one has looked before. More than once, seemingly minute differences between measurement and theory have led to major advances in f d fundamental t l knowThe k Th birth bi th of f modern d science i it lf is itself i intimately i ti t l linked li k d to t the art of accurate measurements.ledge.
——— Theodor W. Hänsch
zs
10-21s
as
10-18 s
fs
10-15 s
ps p
10-12 s
Femtochemistry: A.Zewail
目前飞秒激光驱动的高次谐波是从飞秒脉冲向阿秒(10-18秒)脉冲 转换 突破 秒 转换，突破阿秒界限的首要途径。
的首要途径
Driving pulse
High intensity femtosecond laser
Gas target
3
5
7
9
…… High harmonic generation
1.3 fs
ti time
单阿秒脉 冲产生的 量子调控
单阿秒脉冲量子调控新机制
双色场产生sub-100单阿秒脉冲
5fs/800+400
Pulse duration(fs)
12fs/800+1600
Year
谐波波次数
Time (optical cycle)
Log (Int.)
10
Lan et al PRA 76, 011402 (rapid communication)
Time (optical cycle)
分子高次谐波和阿秒脉冲产生及控制
大核间距分子 原子团簇 大核间距分子、原子团簇
异核复合 同核复合
极性分子
Attosecon nd pulse
Attosecon nd pulse
极性分子
非极性分子
Lan et al PRA 74, 063411;
PRA 76, 021801 (RC),
Opt. Lett. 32, 1186 (2007)
双色场产生高能量单阿秒脉冲的实验研究
红外双色场产生高能量单阿秒脉冲
Low power isolated attosecond pulse CEP stabilized few-cycle y pulse < 2 mJ p tightly focusing, shot gas jet (1mm), Phase-matching of high harmonics
High power IAP Requires： TW class driving laser (>20mJ)
红外双色场方案的优化：
λ0 =800 nm nm, λ1= 300 ~ 1800 nm E0cos(ω0t+φ0)+E1cos(ω1t+φ1) 有效半光周期 ω0/(ω0 -ω1) T0 有效半光周期： 800: 1.3 fs 800+1300: 6.7 6 7 fs
Lan, Takahashi, Midorikawa, PRA 82, 053413
Challenges: pulse p lse duration d ration (~30fs) ( 30fs)
CEP un-stabilized
5fs/800 30fs/800+1300
优化红外双色场机制的实验验证
Ti:S laser 800 nm 150 mJ/10 Hz, 30 fs
two‐color HHG
trigger 10Hz
pump
switch
2 stages OPA 7 mJ J signal i l 3 mJ idler 40 fs / 10 Hz
signal idler
CEP measurement f-2f: P-SPM+ I-SHG
Spatial filter BS
Pump 2 mJ
OPA-1
(TOPAS-C)
seed: 0.3 mJ
OPA-2
Type-II BBO
DM
signal: 1.2~1.6 um Idl : 2.4 Idler 2 4 ~ 1.6 1 6 um
Pump 25 mJ
超连续高次谐波的产生
800 nm (30 fs) + 1300 nm (40 fs) I = 1.15x 1 15 1014 W/cm W/ 2 (IR : 15 %) Target gas : Ar
Two color One color
Experiment
Simulation
载波包络相位依赖特性
pump idl idler 1.8 um Type-I BBO delay 0.9 um
polarizer 0.8 um
Sapphire SPM
0.65—0.95 um
OCEAN 2000 spectrometer
filter
simulation
experiment
Lan, Takahashi, et al., PRA 82, 053413; Takahashi, Lan, et al., PRL 104, 233901（2010） Lan et al., PRA 81, 061802 （scaling law ）
千兆瓦级(GW)单阿秒脉冲产生
150 mJ, 800 nm 30fs Laser OPA 35 fs 1300 nm f=3.5 m
HHG splitter
4 mJ 11 mJ Gas cell Xe 10 cm
MCP CCD
f=4.5 m
E(t-Δ) BBO SHG delay
E(t)
Visible ~ MW/cm2 2-photon in XUV ~ TW/cm2
千兆瓦单阿秒脉冲脉宽的测量
800 nm
800 nm 800+1300
1.3fs
350±40as 800+1300(15‐23 eV)
6.7fs
800+1300(26‐35eV)
1.3 uJ, 2.6 GW
375±50as
500±50 as Nature Communication， 4， 2691 （2013）
Tow-color 20eV 30 eV, 500 as
3
总结与讨论
研究内容一：
阿秒泵浦-探测超快过程
30
strong-filed
15
?
Intensity ω<<Ip, Up> Ip ω~Ip, Up<< Ip Nonlinear optics e.g., SHG, …. high intensity VUV to soft x-ray
0
low intensity high energy collision
1 2 Intern clear distance (A)
Lan et al PRA 86, 013418 (2012) F k Furukawa, …, Lan L et t al., l OL 37, 2922 (2012)
ω>>Ip, Up<< Ip Photon energy
研究内容二：
相干X射线超快衍射、全息成像
“Potential for biomolecular imaging with femtosecond x-ray pulse”, Neutze et al., Nature 406, 752 (2000)
。