隨著人類對微觀物理研究的不斷深入，對探測科技的分辯率要求亦不斷革新，超短脈衝由於其極高的時間分辯率，一直以來都是探測微觀物理的重要手段，囙此對超短脈衝的時間結構量測顯得至關重要。
近二十年來，隨著超快光學的不斷發展，超短脈衝已經達到了阿秒量級的原子時間尺度，然而由於傅裡葉變換的性質，超高時間分辨尺度往往意味著更低的頻率分辯率，而原子分子的結構資訊往往需在頻域中選取，囙此，尋求一種同時結合時域和頻域分辯率的探測手段顯得至關重要。
近日，華中科技大學超快光學團隊以“All-optical attosecond time domain interferometry”為題在《國家科學評論》（National Science Review，NSR）發表研究論文，提出了一種全光阿秒時域干涉方案。我院2017級博士生楊震為論文第一作者，曹偉教授、張慶斌教授和陸培祥教授為共同通訊作者。該方案利用强雷射驅動的高次諧波阿秒脈衝序列作為時間干涉狹縫，通過引入弱的微擾場可以精確操控該干涉儀的時域波前，進而影響最終高次諧波頻譜分佈。單個高次諧波的頻率移動直接與微擾場的時域波形及阿秒脈衝的時間間隔相關，可以被用於對相關物理量進行精度量測。該方案克服了單個超短脈衝頻域分辯率低的弊端，兼具高的時間分辨本領和能量分辨本領。圖1為該干涉儀的原理圖。利用該項科技的超高時間分辯率，作者成功實現了任意偏振態光場時域波形的精密量測。
同時，利用該干涉儀特有的能量分辯率，作者也進行了微觀粒子結構資訊的精密探測。圖2顯示了兩種不同原子（氬和氖）的實驗結果。圖2中橫坐標代表不同階次高次諧波訊號隨延遲軸變化的頻譜分佈，其極小值位置的倒數表徵了相鄰兩個阿秒時間狹縫的間隔。實現發現氖氣產生的阿秒時間狹縫間隔為恒定值，而氬氣產生的阿秒時間狹縫間隔在50eV左右發生一個微小的跳變，這是由於氬原子具有更多電子殼層，其更複雜的電子態結構導致高次諧波阿秒狹縫可以由兩種軌道貢獻。不同軌道間的相互干涉使得阿秒狹縫呈現特殊的時域結構，這一异常結構最終能被該干涉儀成功探測。
該方案將基於干涉手段的量測科技推廣到了阿秒時間-百毫電子伏時間頻率域，在精密量測方面具有廣闊的應用前景。
以上工作研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計畫、湖北省對外科技合作等項目的經費支持。
文章資訊：https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa211