產生高強度阿秒渦旋脈衝取得進展

2020-11-21 騰訊網

近期，中國科學院上海光學精密機械研究所強場雷射物理國家重點實驗室發現利用相對論強度的圓偏振雷射與固體靶作用可以產生高強度的攜帶有軌道角動量的表面高次諧波，並揭示出其中的物理本質是光的自旋角動量轉化為軌道角動量，且根據這個新物理提出了一種產生單個阿秒渦旋脈衝的方案。相關成果發表於《自然-通訊》[Nature Communications, 10, 5554 (2019)]。

具有螺旋相位的光場因為攜帶有軌道角動量而被稱之為渦旋光。軌道角動量與自旋角動量一同構成了相干光場的角動量屬性，渦旋光在光學成像、光子操控和光通信上已經展現出重要的應用前景。目前，產生低強度的渦旋光可以藉助螺旋相位板或光柵來實現，但是對於探測成像所需的紫外波段的渦旋光，尤其是高強度的紫外渦旋光，產生的難度仍然很大。

該項研究中，科研人員發現將相對論強度的圓偏振雷射垂直入射到固體靶表面時，可以讓平面靶的表面發生形變而形成一個凹槽結構。該凹槽結構使得垂直入射的非軸上的光變成了斜入射，從而能有效地振蕩等離子體表面，進而產生表面高次諧波輻射。更為有趣的是該等離子體振蕩相位取決於等離子體所在的方位角，從而將軌道角動量引入到產生的高次諧波輻射中。進一步分析發現，諧波中光子的軌道角動量是由多個驅動光子的自旋角動量轉化而來，而且該轉化過程滿足角動量守恆定律。

該項研究工作，突破了之前難以通過光學器件產生高強度渦旋光的限制，使得利用目前已有的拍瓦級強雷射和固體靶直接作用來產生相對論強度的渦旋光場成為可能。科研人員進一步提出，如果採用預先凹槽處理的固體靶與少周期的超短脈衝作用，可以產生高強度的單個阿秒渦旋脈衝。這為手性結構等材料的超快探測提供了一種可能的優良光源。

相關工作得到國家自然科學基金委、中科院國際人才項目以及中科院B類先導專項的支持。

圖1 圓偏振光轉化為渦旋光的原理圖和單個阿秒渦旋脈衝的空間結構示意圖

圖2 三階諧波的相位結構以及強度分布

來源：中國科學院上海光學精密機械研究所

相關焦點

  • 上海光機所在產生高強度阿秒渦旋脈衝方面取得進展
    近期，中國科學院上海光學精密機械研究所強場雷射物理國家重點實驗室發現利用相對論強度的圓偏振雷射與固體靶作用可以產生高強度的攜帶有軌道角動量的表面高次諧波，並揭示出其中的物理本質是光的自旋角動量轉化為軌道角動量，且根據這個新物理提出了一種產生單個阿秒渦旋脈衝的方案。
  • 科學網—提出產生高強度阿秒渦旋脈衝思路
    本報訊（記者黃辛）中科院上海光學精密機械研究所研究人員發現，利用相對論強度的圓偏振雷射與固體靶作用，可以產生高強度的攜帶有軌道角動量的表面高次諧波
  • 科學家提出產生高強度阿秒渦旋脈衝思路
    中科院上海光學精密機械研究所研究人員發現，利用相對論強度的圓偏振雷射與固體靶作用，可以產生高強度的攜帶有軌道角動量的表面高次諧波，並揭示出其中的物理本質是光的自旋角動量轉化為軌道角動量
  • 科學家提出產生高強度阿秒渦旋脈衝新思路—新聞—科學網
    中國科學院上海光學精密機械研究所強場雷射物理國家重點實驗室發現利用相對論強度的圓偏振雷射與固體靶作用，可以產生高強度的攜帶有軌道角動量的表面高次諧波，並揭示出其中的物理本質是光的自旋角動量轉化為軌道角動量
  • 物理所「阿秒雷射脈衝的產生與測量裝置」通過成果鑑定
    中國科學院物理研究所光物理重點實驗室在多年研究的基礎上，利用自己組建的阿秒雷射產生與測量裝置成功地獲得了單個阿秒雷射脈衝。3月19日，該項研究成果通過了由中科院組織的專家鑑定。　　阿秒雷射脈衝（1阿秒=10-18秒，為千分之一飛秒，1飛秒為千萬億分之一秒）是目前人們所能控制的最短時間過程，可以用來測量原子內繞核運動電子的動態行為等超快物理現象。自本世紀初誕生以來，已在凝聚態物理、原子分子物理、X射線雷射物理、化學等方面取得了系列重大應用突破。
  • 雷射直接度量阿秒電子動力學研究獲進展
    近日，中國科學院上海光學精密機械研究所強場雷射物理國家重點實驗室在阿秒電子動力學領域取得進展，採用高對比度飛秒雷射脈衝技術與等離子體鏡鎖相機制，解決了飛秒雷射脈衝與阿秒電子脈衝的時空同步難題，實驗中觀測到電子在光場調製下的空間條紋圖，實驗驗證了「全光阿秒電子示波器」的可行性。
  • 阿秒脈衝揭示了分子中的電子波紋
    美國能源部SLAC國家加速器實驗室和史丹福大學的科學家領導的研究小組，第一個利用新技術產生強大的阿秒X射線雷射脈衝的實驗表明，可以在分子中產生稱為「脈衝拉曼散射」的電子波紋。
  • 《Nature》子刊:雷射直接測繪阿秒脈衝的電子動力學
    (a) 雷射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雷射脈衝的頂點發射出電子 最近
  • 上海光機所在雷射直接度量阿秒電子動力學研究中獲進展
    近日，中國科學院上海光學精密機械研究所強場雷射物理國家重點實驗室在阿秒電子動力學領域取得進展，採用高對比度飛秒雷射脈衝技術與等離子體鏡鎖相機制，解決了飛秒雷射脈衝與阿秒電子脈衝的時空同步難題，實驗中觀測到電子在光場調製下的空間條紋圖，實驗驗證了「全光阿秒電子示波器」的可行性。
  • 中佛羅裡達大學通過工業雷射器產生阿秒雷射
    江蘇雷射聯盟導讀：2020年8月21 日來自 美國中佛羅裡達大學（簡稱UCF）的研究人員 發表於 Science Advances上的&34;一文表明，工業級雷射器可用於產生阿秒脈衝。阿秒科學徹底改變了我們觀察微觀世界隨時間演變的方式，在微觀世界中，物質的行為受量子力學規則的支配。
  • ...研究所開展調研/喬賓團隊提出強雷射驅動產生孤立高亮阿秒脈衝...
    http://www.laserfair.com/news/202003/23/75437.html2、喬賓團隊提出強雷射驅動產生孤立高亮阿秒脈衝新方案3月18日，北京大學喬賓教授團隊與合作者在《物理評論快報》[Physical Review Letters 124, 114802 (2020)]發表論文「Giant Isolated
  • 如何實現兆赫茲量級孤立阿秒脈衝
    這個過程每一個雷射周期內發生兩次，因此能夠獲得飛秒脈衝輻射序列。對於雷射脈衝持續時間僅為幾個周期的情形，高能量光子輻射可以視作發生在一個時序內，從而可以產生獨立的飛秒脈衝(IAP)。這項技術通常被稱為「振幅門」，傳統手段是利用鈦寶石再生放大器輸出脈衝後壓縮獲得。提出了另外一種可以選擇的門技術，避免了對脈衝持續時間的嚴格要求。
  • 研究人員提出一種近乎完美的可控脈衝環形剖面的新型光學渦旋
    該特性具有一個十分令人興奮的應用，如受激發射損耗納米顯微鏡分析（ stimulated emission depletion (STED) nanoscopy）、光學操控、同時應用在經典和量子狀態下的軌道角動量（OAM）倍增光學通訊、增強光學成像以及最近新發展的高強度渦旋物理等等。然而，傳統渦旋所產生的環形輪廓的尺寸強烈的受攜帶拓撲電荷的影響。
  • 知道「阿秒電子動力學」嗎?與晶體對稱性產生的有趣應用!
    博科園：本文為物理學類DESY和MPSD的科學家利用晶體對稱性和阿秒電子動力學，從具有受控極化狀態的固體中產生了高階諧波。氣體中高次諧波產生非線性過程是阿秒科學的基石之一，廣泛應用於許多科學領域，包括物理、化學和生物學。這種強場現象將許多低能光子從強雷射脈衝轉換成能量高得多的光子（小百科：「阿託秒」（阿秒）作為一個理論上的時間量程而存在，為10的負18次方秒）。博科園-科學科普：儘管HHG過程在原子和分子氣體中已被很好地理解，但固體材料中潛在頻率轉換機制目前仍是科學爭議的主題。
  • 【十大進展】隨機光場中的渦旋產生和相干性退化
    Fleischer教授合作，對具有不同相干長度隨機相位光束經非線性傳播後所形成的散斑場的統計性進行了實驗測量，觀察到隨著自由光渦旋的產生，散斑場的自關聯函數從冪律衰減退化為指數衰減。(a)光子BKT實驗系統示意圖；(b)對照輸入輸出面的相位，可發現自由渦旋的產生。在該光子BKT實驗中，研究人員以輸入光波的隨機性來模擬一個二維系統的「溫度」。這可以通過對入射光波進行隨機相位編碼來實現：「溫度」越高意味著隨機相位的相干長度越短。
  • 超短脈衝雷射與超快現象(一)
    而原子分子內部電子以及與電荷轉移相關的運動時間尺度則大約從幾十飛秒短至幾個阿秒（10-18秒），如分子軌道上電子的時間尺度為幾十飛秒，價帶和外殼層電子時間尺度約為幾十阿秒到飛秒量級，內殼層電子則為幾個阿秒（attosecond，10-18秒），如圖1所示。
  • 渦旋光束助力新型雙通道OPO
    其中，飛秒雷射器泵浦的光學參量源，輸出脈衝具備高峰值功率、寬光譜覆蓋範圍和超短脈衝寬度的特性，被廣泛應用於雷射精密測量、生物光子學、大氣監測、雷射加工、量子光學、光學頻率梳等領域。   光學渦旋光束因具備獨有的螺旋型波前相位以及環形光強分布，在量子光學、光學顯微鏡、光通信等領域均得到了廣泛的應用。根據其是否直接在光源處產生，渦旋光束產生可以分為主動和被動兩種產生方式。
  • 上海光機所等在隨機相位散射光的相干性與渦旋動力學研究中取得進展
    上海光機所等在隨機相位散射光的相干性與渦旋動力學研究中取得進展 2020-07-15 上海光學精密機械研究所 【字體：大 中 小】
  • 探索亞原子世界的利器——阿秒光脈衝
    其中，雷射鎖模技術的發明促進了飛秒雷射的誕生，啁啾脈衝放大技術（CPA)以及腔外脈衝壓縮技術等的出現則為產生高強度雷射提供了可靠的方案並為阿秒光脈衝的出現鋪平了道路。雷射鎖模技術能夠讓大量高度相干、位相鎖定的雷射縱模同時振蕩，合成一個時間寬度極短的高功率脈衝。