阿秒符合测量技术构建原子分波计
发布日期:2022-11-28   作者:秦梦瑶   浏览次数:78

极紫外阿秒光源以其超短的时间尺度为探究物质内原子核、电子的超快动力学行为提供了一把精密测量的标尺,其中,光电子波包出射时间延迟(相移)是研究电子超快行为的核心问题。随着阿秒精密测控技术,如阿秒钟、双光子干涉的阿秒拍频重构技术(RABBITT)及阿秒条纹相机的发展,目前国际上已经报道了原子、分子以及凝聚相体系内光致电离过程中的光电子延时信息,但是对于连续态电子波包单个分波振幅与延时的测量与调控依旧是一个巨大的挑战。

 近来,吴健教授研究团队创新性地发展了偏振偏转光场下的阿秒符合测量技术,在传统的RABBITT技术的基础上,通过进一步改变近红外光场与极紫外阿秒脉冲串的相对偏振夹角,实现对双光子跃迁产生的连续态光电子波包分波占比、相位的调控,成功构建了磁量子数分辨的原子分波计。

        随着近红外光场与极紫外阿秒脉冲串偏振态相对取向从平行改变至垂直,实验中观测到了光电子在偏振平面内角分布(PADs)和双光子跃迁相对相移角分布中柱对称性的打破与重现。这种对称性分辨的光电子波包产率及相位的空间分布在He原子中来源于不同分波间的相干叠加,对于NeAr原子,其初始离子态中包含磁量子数不同的简并态,双光子跃迁产生的连续态光电子波包来自于单个离子态通道内电子分波的相干叠加及不同离子态通道之间的非相干叠加。同时,实验上在He原子中重构出了磁量子数分辨的分波占比及相对相移,并进一步推广至NeAr原子中,实现了磁量子数相同的p波及f波相对相移动的重构,重构结果与理论模拟相符。

       该发现是原子体系内阿秒分辨的电子动力学研究的重要进展,并为更复杂体系内对称性分辨的光电子出射动力学研究提供了先进的方法,相关工作发表于 Nature Communications 13 5072(2022)华东师范大学为论文的第一完成单位,吴健教授、宫晓春研究员以及理论合作组的Andrew C. Brown为共同通讯作者。

图 (a)偏振偏转阿秒符合测量仪示意图。(bHe原子边带电子产生示意图及光电子动能谱。(c)出射角度积分的He原子阿秒光电子能谱,其中,近红外光场偏振方向平行于极紫外阿秒脉冲串偏振方向。(d)相对偏转角调制的He原子动量分布。(eHeNeAr原子内双光子跃迁路径示意图。