追踪超快阿秒光电离共振延时

发布日期: 2017-06-02   作者:  浏览次数: 94

光电子电离是光与物质相互作用中最基本的物理问题之一,在极端时间尺度上,探究光与物质相互作用一直是物理学家的梦想。2010年,德国MPQ F. Krausz 教授首次在氖原子中实验测量到2s/2p 电子吸收高能单光子电离时,存在21阿秒(10-18)的辐射电离延时,证明光电子辐射不是一个瞬时的过程,掀开了原子分子强场动力学探测的新篇章。相比单光子电子电离延时,2014年美国JILA Andreas Becker 教授理论预测,氦原子双光子吸收电离过程中,从共振态跃迁至自由态存在阿秒量级的光子吸收时间延迟。

探测原子分子内阿秒时间尺度上的电子超快运动,对于电子超快动力学研究具有非常重要的科学意义。2014年,实验室吴健教授课题组,利用相位精确控制的正交双色飞秒脉冲,首次在实验中实现电子局域的二维阿秒操控,相关成果发表在物理学顶级期刊Phys. Rev. Lett. 113, 203001 (2014),为探究电子超快动力学测量提供了新方法。

量子力学中,时间不是一个直接的观测量,需通过时间能量的对易关系,利用测量相位来计算时间。2017年实验室吴健教授课题组在二维阿秒操控技术的基础上,继续深入发展飞秒光场的阿秒探测技术,首次在实验上精确测量了多光子吸收过程中电子在不同共振态上阿秒停留时间。

2014年的理论预言相比,我们利用强激光场下普遍存在的Freeman 共振态作为我们实验研究的对象。1987R. R. Freeman 等人首次在实验上观测到多光子共振电离现象,在强场多光子吸收电离过程中,激光场会使高激发的里德堡态电子能级发生斯塔克移动,与吸收的多光子发生共振,即Freeman 共振。在双色激光场作用下,氩原子相干吸收6400 nm的紫外光子共振布局 45p  态,再吸收一个光子跃迁到连续态。结合电子离子符合测量技术,精确测量随激光相位变化的时空分辨的光电子角分布,我们实验发现 4f 和 5p  电子之间存在0.21p的相位延迟,对应于140阿秒的共振电离延迟。这一实验探测技术具有普适性,可以应用于不同的研究对象,通过关联激光相位与符合测量的电子角分布,我们可以精确测量多光子吸收过程中电子的阿秒电离延时,相关研究成果发表在期刊Phys. Rev. Lett. 118, 143203 (2017)

我们实验室发展的飞秒光场阿秒探测技术,为测量原子分子内电子超快动力学行为,推动亚周期电子超快动力学的探测研究,提供了有力的工具。

  

原子强场多光子吸收和阿秒共振电离延时测量