3月18日，北京大學喬賓教授團隊與合作者在《物理評論快報》[Physical Review Letters 124, 114802 (2020)]發表論文“Giant Isolated Attosecond Pulses from Two-Color Laser-Plasma Interactions”，提出了強激光驅動產生孤立高亮阿秒脈沖全新方案！
自激光問世以來，人們的努力方向主要有兩個：超快，超強。超短脈沖激光為人們探索微觀世界提供強大的技術手段，通常可以用皮秒脈沖觀測分子狀態，用飛秒脈沖探測化學鍵或小分子振動，而電子運動則需要阿秒脈沖才能分辨。由于阿秒脈沖技術在控制生化反應及探索疾病的微觀起源、提升電子器件運行速度和發展超導技術帶動能源革命方面具有重要應用前景，科學家們不斷探索，也不斷刷新脈寬紀錄。要真正將阿秒脈沖用于探測和控制電子的超快運動過程，需要同時具備三個特點：亮度高、脈沖短、和獲得孤立的單個阿秒脈沖。這就像照相一樣，不僅需要閃光亮度足夠高、速度足夠快，還需要保證每次照相快門只能閃光一次。
圖 1：雙色激光與納米薄靶相互作用產生孤立的高亮阿秒脈光的模型圖
目前，阿秒脈沖輻射主要是利用低功率的弱激光驅動惰性氣體通過電離-加速-復合過程產生的高次諧波來獲得。但是此種方式最大的問題之一是阿秒脈沖的亮度非常低。北京大學喬賓教授與合作者提出了一種通過雙色高功率強激光（>100太瓦）與薄靶相互作用獲得孤立的高強度阿秒輻射脈沖光的全新方案。研究發現雙色光與薄靶作用時會發生完全不同于單色光作用下的非線性動力學過程，當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、能量占比控制為十分之一時，可以控制靶內電子的運動狀態，在靶破前，阻止靶內電子丟失，調控薄靶在一個周期內由幾乎完全反射入射激光的狀態迅速轉變為完全透射狀態，納米靶中的電子層在這個突變周期內被全部推出靶外，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生強相干同步輻射，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，而且脈沖強度達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，認為這是一項重大的科學進步，提出了利用高功率強激光物質相互作用將孤立阿秒脈沖推向更高亮度的全新方案，有望將相干阿秒脈沖光的強度推進至相對論參數區域，光譜頻率推進至X甚至光波段。
文章介紹：
北京大學喬賓團隊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Matthew Zepf教授為論文共同通訊作者，合作者包括北京應用物理與計算數學研究所賀賢土院士等。該研究工作得到了國際自然科學基金委重點基金、杰出青年基金、挑戰計劃、國家重點研發計劃的大力支撐。
論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.114802
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