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激光物理学:神奇的光波的脉冲

2020-01-14 文章来源:实验帮译 阅读原文

在慕尼黑的路德维希马克西米利安大学(LMU)和马克斯-普朗克量子光学研究所(MPQ)的实验室中物理学家们开发了一种新型的探测器,使光波的振荡轮廓能够被精确地确定。

光很难被抓住。光波以每秒300000公里的速度传播,波前在同一时间间隔内振荡数百万亿次。在可见光的情况下,光波的连续峰值之间的物理距离小于1微米,峰值在时间上的间隔小于百万分之三百万分之一秒(<3飞秒)。要与光一起工作,人们必须控它,这需要对它的行为有精确的了解。甚至有必要知道光波在给定时刻的波峰或波谷的确切位置。慕尼黑大学阿托秒物理实验室(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一种新开发的探测器,在单个超短红外光脉冲中测量这些峰的精确位置。

这种脉冲只包含一些波的振荡,可以用来研究分子及其组成原子的行为,而新的探测器在这方面是一个非常有价值的工具。超短激光脉冲使科学家能够在分子甚至亚原子水平上研究动态过程。利用这些脉冲序列,可以先激发目标粒子,然后实时拍摄它们的响应。然而,在强光场中,了解脉冲的精确波形是至关重要的。由于振荡(载流子)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互移动,因此了解每个脉冲的精确波形非常重要。

阿托秒物理实验室的团队由Boris Bergues博士和超高速成像和纳米光子学小组负责人Matthias Kling教授领导,现在已经在光波的特性方面取得了决定性的突破。他们的新探测器允许他们以每秒10000个脉冲的重率来确定“相位”,即每个脉冲中几个振荡周期的峰值的精确位置。为此,该组产生圆偏振激光脉冲,其中传播光场的方向像时钟指针一样旋转,然后将旋转脉冲聚焦在环境空气中。

脉冲与空气中分子的相互作用产生一个短脉冲电流,电流的方向取决于光波峰值的位置。通过分析电流脉冲的精确方向,研究人员能够恢“载波包络偏移”的相位,从而重建光波的形式。与通常用于相位测定的方法(需要使用杂的真空仪器)不同,新技术在环境空气中工作,而且测量需要很少的额外组件。”简单的设置很可能确保它将成为激光技术的标准工具,”Matthias Kling解释说。

“我们相信这项技术也可以应用于重频率更高的激光,并且可以应用于不同的光谱区域,”Boris Bergues说。 Matthias Kling教授补充道:“我们的方法对于描述具有高重率的极短激光脉冲,例如在欧洲极端光基础设施(ELI)产生的脉冲,特别感兴趣。当应用于超短激光脉冲的最新来源时,这种新的波形分析方法可以为技术突破铺平道路,也可以让人们对“快车道上”基本粒子的行为有新的了解。

相关:https://phys.org/news/2020-01-laser-physics-pulse.html

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