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实现阿秒泵浦探测光谱紧凑的新方法 | OE NEWS

光电汇OESHOW

2024-03-06

2023年3月5日，柏林Max Born研究所的研究人员展示了重复频率为1 kHz的阿秒泵浦-阿秒探测光谱（APAPS），这一进展为研究阿秒体系中的超快电子动力学开辟了新的途径。

目前，用于研究阿秒现象的泵浦-探测装置通常将通过高次谐波产生的弱极紫外（XUV）脉冲与飞秒范围内的强NIR脉冲配对，每个光源都有局限性。

在实验装置中，近红外脉冲聚焦在产生阿秒脉冲的脉冲气体射流后面。在距离气体射流一定距离处，使用球面半反射镜对阿秒泵和探测脉冲进行光谱选择和聚焦。使用速度图成像光谱仪记录产生的离子。图片由Max Born研究所提供。

在APAPS中，阿秒泵浦脉冲启动原子、分子或固态样品中的电子动力学，第二个阿秒探测脉冲以不同的时间延迟询问系统。这项技术长期以来一直是超快物理学的长期目标，已经被证明是可行的，但不实用。庞大的设置和低重复率阻碍了模态的探索和应用。

目前的工作展示了一种方法，该方法能够以更紧凑的设置进行APAPS实验。该团队使用了千赫兹重复频率的交钥匙驱动激光器，从而大大提高了运行稳定性——这是成功实施APAPS的关键要求。

该方法仍然利用HHG，但是设置不同之处在于，气体射流被放置在离驱动激光器焦点更远的地方。在距离气体射流一定距离处，使用球面半反射镜对阿秒泵和探测脉冲进行光谱选择和聚焦。该装置允许产生具有相对较高脉冲能量和较小虚拟源尺寸的阿秒脉冲。使用速度图成像光谱仪记录产生的离子。

显示了阿秒脉冲结构的拟合，由Max Born研究所提供。

研究人员通过进行APAPS实验利用了这些稳定而强烈的阿秒源，在该实验中，氩原子被阿秒泵浦脉冲电离，导致产生单电荷Ar+离子。通过阿秒探测脉冲探测这些离子的形成，使其进一步电离并形成双电荷Ar²⁺离子。该团队观察到Ar²⁺离子的产率迅速增加，这证实了所涉及的泵浦和探测脉冲具有阿秒脉冲持续时间。当探测脉冲跟随泵浦脉冲时，更有效地产生Ar²⁺。

在研究中，使用的适度红外驱动脉冲能量为以更高的重复率（高达兆赫级）进行APAPS实验开辟了道路。驱动这些实验所需的激光系统已经可用或正在开发中。因此，这一新概念可能会在极短的时间尺度上对电子世界产生前所未有的见解，这是当前阿秒技术无法实现的。

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