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激光物理学:光波的脉冲

发布:laserpulse    |    2020-01-16 00:51    阅读:1248
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慕尼黑路德维希·马克西米利安斯大学(LMU)和马克斯·普朗克量子光学研究所(MPQ)的阿秒物理学实验室的物理学家已经开发出一种新型的探测器,能够精确确定光波的振荡曲线。

新型探测器如何使光波的振荡轮廓得以精确确定。 图片来源:Philipp Rosenberger

光很难被抓住。光波以每秒近300,000 km的速度传播,并且波前以相同的间隔振荡数百万亿次。在可见光的情况下,光波的连续峰之间的物理距离小于1微米,并且峰之间的时间间隔百万分之三百万分之一秒(<3飞秒)。要使用光,必须对其进行控制-这要求对其行为有确切的了解。甚至有必要知道在给定时刻光波的波峰或波谷的确切位置。慕尼黑LMU阿托秒物理实验室(LAP)和马克斯·普朗克量子光学研究所的研究人员现在可以借助新开发的方法来测量单个超短脉冲红外光中此类峰的确切位置。

这样的脉冲仅包含几次波的振荡,可用于研究分子及其组成原子的行为,在这种情况下,新型探测器是非常有价值的工具。超短激光脉冲使科学家能够研究分子甚至亚原子水平的动力学过程。使用这些脉冲序列,可以首先激发目标粒子,然后实时记录其响应。然而,在强光场中,了解脉冲的精确波形至关重要。由于振荡(载波)光场的峰值和脉冲包络的峰值可以在不同的激光脉冲之间相对移动,因此了解每个脉冲的精确波形非常重要。

LAP团队由Boris Bergues博士和Ultrafast成像与纳米光子学小组负责人Matthias Kling教授领导,现已在表征光波方面取得了决定性的突破。他们的新探测器使他们能够确定“相位”,即每个脉冲内几个振荡周期峰值的精确位置,每秒重复10,000个脉冲。为此,该小组产生了圆偏振激光脉冲其中传播光场的方向像钟针一样旋转,然后将旋转脉冲聚焦在环境空气中。脉冲与空气中的分子之间的相互作用会导致短暂的电流爆发,其方向取决于光波峰的位置。通过分析电流脉冲的精确方向,研究人员能够检索“载波包络偏移”的相位,从而重建光波的形式。与通常用于相位确定的方法不同,该方法需要使用复杂的真空设备,这种新技术可在环境空气中工作,并且测量所需的额外组件很少。“设置的简单性很可能确保它将成为激光技术中的标准工具,” Matthias Kling解释说。

鲍里斯·贝格斯(Boris Bergues)说:“我们相信,这项技术也可以应用于重复率更高、光谱范围不同的激光器。Matthias Kling教授补充说:“在表征具有高重复率极短激光脉冲的情况下,例如在欧洲的极光基础设施(ELI)产生的那些激光脉冲,我们的方法特别感兴趣。当应用于最新的超短激光脉冲源时,这种新的波形分析方法可以为技术突破铺平道路,并为“快速通道”中的基本粒子行为提供新的见解。

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