北京大學(xué)物理學(xué)院喬賓課題組與合作者在《物理評論快報》[Physical Review Letters 124, 114802 (2020)]發(fā)表論文”Giant Isolated Attosecond Pulses from Two-Color Laser-Plasma Interactions”，提出強(qiáng)激光驅(qū)動產(chǎn)生孤立高亮阿秒脈沖新方案。

紫外／X射線相干光源對應(yīng)的阿秒脈沖光具有超高的時間（10-18s）和空間（10-9s）分辨率，在物理、生物和化學(xué)等領(lǐng)域被廣泛用于探測分子、原子等小尺度內(nèi)的運(yùn)動狀態(tài)和結(jié)構(gòu)，測量溫稠密物質(zhì)參數(shù)等。特別是孤立的高亮度寬譜阿秒脈沖光源有望用于探測和控制原子和分子內(nèi)電子超快運(yùn)動過程，在超快信息、材料科學(xué)和生命科學(xué)等領(lǐng)域有重要應(yīng)用前景。高功率強(qiáng)激光（>100TW）與物質(zhì)相互作用驅(qū)動產(chǎn)生高次諧波的方式是當(dāng)前最有希望獲得高亮阿秒相干脈沖的手段之一，有可能將相干阿秒脈沖光的強(qiáng)度推進(jìn)至相對論參數(shù)區(qū)域，光譜頻率推進(jìn)至X甚至光波段。但是，實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行的高功率激光器脈沖周期大多都在20-50飛秒左右，產(chǎn)生的阿秒脈沖一般為半個或一個周期間隔的阿秒脈沖鏈。目前，產(chǎn)生單個阿秒脈沖的方法是利用各種時空控制門方法如偏振門[Science 314, 443 (2006)]、振幅門[Nature 427, 817 (2004)]和離化門[Appl. Phys. B 93, 433 (2008)]等技術(shù),但是這些方法會造成輻射亮度下降，降低獲得的單個阿秒脈沖的強(qiáng)度。因此，針對目前高功率強(qiáng)激光，目前國際上最大的瓶頸問題之一就是如何獲得孤立的單個高亮阿秒脈沖。

喬賓教授與合作者提出了通過雙色激光與薄靶相互作用獲得孤立的高強(qiáng)度阿秒輻射脈沖光的新方案。研究發(fā)現(xiàn)雙色光與薄靶作用時會發(fā)生完全不同于單色光作用下的非線性動力學(xué)過程，當(dāng)將雙色光的的基頻光成份和二倍頻光成份的相位差控制為π、能量占比控制為W=0.1時，可以控制靶內(nèi)電子的運(yùn)動狀態(tài)，在靶破前，阻止靶內(nèi)電子丟失，調(diào)控薄靶在一個周期內(nèi)由幾乎完全反射入射激光場的狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆�穿透狀態(tài)的突變過程，納米靶中的電子層在這個突變周期內(nèi)被全部推出靶外，加速、壓縮形成高密高能的納米電子層，電子層在透明激光場中發(fā)生強(qiáng)相干同步輻射，不僅使得我們在反射和透射方向都獲得孤立的阿秒脈沖光，而且脈沖強(qiáng)度達(dá)到單色光作用下的近40倍。PRL審稿人對該方案給出了高度評價，認(rèn)為這是一項(xiàng)重大的科學(xué)進(jìn)步，提出了利用激光物質(zhì)相互作用將孤立阿秒脈沖強(qiáng)度推向更高強(qiáng)度的全新方案。

圖 1：雙色激光與納米薄靶相互作用產(chǎn)生孤立的高亮阿秒脈光的模型圖

物理學(xué)院喬賓課題組博士研究生張玉雪為該論文第一作者，喬賓教授為通信作者，德國耶那大學(xué)Matthew Zepf教授為論文共同通訊作者，合作者中包括北京應(yīng)用物理與計算數(shù)學(xué)研究所賀賢土院士等。該研究工作得到了國際自然科學(xué)基金委重點(diǎn)基金、杰出青年基金、挑戰(zhàn)計劃、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃的大力支撐。