單個仄秒雷射脈衝的產生

《單個仄秒雷射脈衝的產生》是依託上海交通大學，由何峰擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：單個仄秒雷射脈衝的產生
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：何峰
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

超短雷射脈衝技術的發展提供了研究超快物理過程的技術手段。目前實驗上可以得到的最短的單個雷射脈衝為80阿秒（1阿秒＝1E-18秒），但在現有方案中實現單個仄秒（1仄秒＝1E－21秒）脈衝已經不可能。我們提出利用相對論強雷射脈衝和分子相互作用產生單個仄秒雷射脈衝的全新的理論方案。首先一束相對論雷射脈衝部分電離氮氣得到氮分子離子並使之解離成兩個離子，另一束時間延遲的相對論雷射脈衝從一個離子電離電子，並利用有質動力驅使這個電子與另一個離子相碰撞。在碰撞過程中，電子以高次諧波的形式釋放出從超強雷射場中獲得的動能，這樣的高次諧波可以合成單個仄秒雷射脈衝。單個仄秒雷射脈衝的產生將為直接觀測高核電荷數原子內殼層電子的運動（如氬原子的1s電子）、正負電子對的產生及湮滅、高能原子核的碰撞等超快動力學過程提供最新的技術手段。

結題摘要

人類對自然界的認識遵循著時間尺度原來越小的方向進行，不同物理過程發生的時間尺度很不相同。例如，子彈擊穿Ipad的時間尺度大概是1納秒，分子的轉動周期大概是皮秒左右，原子核的振動周期約幾十飛秒，原子或者分子內電子的運動可以在亞飛秒階段，原子核裡面的夸克電漿的時間尺度更短。因此，為了分辨超快物理過程隨時間變化的過程，探測工具的時間解析度需要小於物理過程變化的時間尺度。目前，實驗上已經可以提供脈寬為67阿秒的雷射脈衝，這種超短光源可以用來探測電子的超快變化過程。對於更快的物理過程，我們需要用仄秒脈衝作為探測工具。本課題正是基於這樣一個需求，提出了產生仄秒脈衝以及利用仄秒脈衝探測超快物理過程的前瞻性理論研究。 本課題提出利用超短x射線脈衝作為驅動源和高價離子相互作用，x射線將緊束縛電子剝離，並驅使電離出的電子和原子核碰撞，在碰撞過程中放出高次諧波。通過選一定頻率區間的高次諧波，可以合成超短仄秒脈衝。我們還利用超強仄秒脈衝在真空中產生正負電子對。理論上產生正負電子對的幾率和仄秒脈衝的強度以及頻率都有關係。產生正負電子對的過程也可以用隧穿以及多光子等不同圖像來解釋。 除此之外，我們還利用超短雷射脈衝和原子分子相互作用，研究了氫分子離子以及氫氣分子在雷射場中的電離和解離，分析了分子電離後分子的庫侖勢如何影響光電子的動量，解離後原子核的動量隨XUV光脈衝的強度和相位的變化關係。研究結果揭示了超短雷射脈衝作用下分子原子動力學過程，為控制超快化學反應過程提供了理論指導。研究結果在國際一流期刊發表學術論文21篇，撰寫了學術專著的一個章節。