基于高次谐波孤立阿秒脉冲由于其极高的时间分辨率,一直以来都是探测原子分子超快动力学过程的重要工具。如何产生并精确地测量孤立阿秒脉冲一直以来都是超快光学领域的研究热点。然而阿秒脉冲由于其极端的时间尺度使得实验上对其精确测量极具挑战性。目前主流的测量方法(FROG-CRAB)是利用阿秒脉冲与原子相互作用发生单光子电离,从而将单阿秒脉冲的频域信息转化到光电子能谱中。但这种测量方法需要借助高精度的电子能谱仪,实验装置复杂;同时,这种方案原理上一直存在中心动量近似的弊病,这使得在阿秒脉冲频谱很宽时,重构结果误差较大,方案将不再适用。
华中科技大学物理学院超快光学团队利用自主搭建的阿秒光源产生装置实现了270as孤立阿秒脉冲。同时发明了一种全光测量方案(A-FROG)对阿秒脉冲进行了精确争端。其原理示意图如图1所示。该方案中阿秒脉冲的产生与测量处在同一位置,是一种原位测量方案。同时,由于本方案是一种全光手段,不再依赖于光电子能谱而最终探测的是阿秒脉冲光谱,因此实验上装置简单,便于实现。
图1.(a)驱动脉冲与原子相互作用在合适的选通门技术下将产生单阿秒脉冲,在单阿秒脉冲的产生过程中,引入一束微扰脉冲对阿秒脉冲产生过程进行微扰,使得阿秒脉冲频谱发生蓝移或红移。(b)扫描驱动脉冲与微扰脉冲之间的延时得到二维光谱行迹图。(c)从图(b)中通过广义投影算法(PCGPA)提取的阿秒脉冲与理论结果对比。
随后,作者从实验上将全光孤立阿秒脉冲测量(A-FROG)方案与传统FROG-CRAB结果进行对比(如图2所示)。结果表明,A-FROG方案能准确提取孤立阿秒脉冲的频谱相位信息。相比传统FROG-CRAB,该方案从原理上避免了中心动量近似问题,因而能满足对任意单阿秒脉冲进行完全测量,具有更广泛的适用性。
该工作“All-optical frequency-resolved optical gating for isolated attosecond pulse reconstruction”发表在Optics Letters, 45,567 (2020)上。
图2.(a)实验上单阿秒脉冲与氩气相互作用得到的FROG-CRAB二维光电子谱行迹图。(b)通过广义投影算法恢复的FROG-CRAB二维光电子谱行迹图。(c)实验上通过A-FROG(实线)与FROG-CRAB(虚线)得到的单阿秒脉冲时域结构