校園生活：研究人員從工業(yè)激光產(chǎn)生阿秒光
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中央佛羅里達(dá)大學(xué)的研究人員正在使所有學(xué)科的研究人員都可以更輕松地訪問尖端的原子科學(xué)領(lǐng)域。
他們?cè)诮裉斓摹?科學(xué)進(jìn)展 ”雜志上發(fā)表的一項(xiàng)新研究中詳細(xì)闡述了他們幫助開拓領(lǐng)域的方法。
的阿秒是十億分之一秒，并且以與阿秒精度測(cè)量的能力的十億分之一允許研究人員研究內(nèi)部的原子和分子的電子的快速運(yùn)動(dòng)到其自然時(shí)間尺度。
測(cè)量這種快速運(yùn)動(dòng)可以幫助研究人員了解光與物質(zhì)相互作用的基本方面，這可以為努力收集太陽能發(fā)電，檢測(cè)化學(xué)和生物武器，進(jìn)行醫(yī)學(xué)診斷等提供信息。
UCF物理系的助理教授，該研究的主要研究人員Michael Chini說：“ 原子學(xué)的主要挑戰(zhàn)之一是它依賴于世界一流的激光設(shè)備?！?“我們很幸運(yùn)能在UCF擁有一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，全世界可能還有另外十個(gè)實(shí)驗(yàn)室。但是不幸的是，它們中的任何一個(gè)都不是真正的'用戶設(shè)備'，其他領(lǐng)域的科學(xué)家可以進(jìn)入這些設(shè)備并將其用于研究。”
奇尼說，這種無法獲得的機(jī)會(huì)為化學(xué)家，生物學(xué)家，材料科學(xué)家和其他人提供了障礙，他們可以從在他們的領(lǐng)域中應(yīng)用阿秒科學(xué)技術(shù)中受益。
奇尼說：“我們的工作科普卡是朝著使原子秒脈沖更廣泛可及的方向邁出了一大步?！?/p>
“我們證明，工業(yè)級(jí)激光器可以從數(shù)十家供應(yīng)商那里以商業(yè)價(jià)格購買，價(jià)格在100,000美元左右，現(xiàn)在可以用來產(chǎn)生阿秒脈沖?！?/p>
Chini說，設(shè)置很簡單，可以與各種具有不同參數(shù)的激光器一起使用。
阿秒科學(xué)的工作原理類似于聲納或3D激光測(cè)繪，但規(guī)模要小得多。當(dāng)一個(gè)阿秒脈沖穿過材料時(shí)，與材料中電子的相互作用會(huì)使脈沖失真。測(cè)量這些畸變可以使研究人員構(gòu)造電子圖像并制作其運(yùn)動(dòng)的電影。
通常，科學(xué)家已使用復(fù)雜的激光系統(tǒng)，這些系統(tǒng)需要大型的實(shí)驗(yàn)室設(shè)施和潔凈室環(huán)境，作為用于秒科學(xué)的驅(qū)動(dòng)激光器。
產(chǎn)生原子秒研究所需的極短的光脈沖(基本上只包含一個(gè)電磁波的振蕩周期)，進(jìn)一步需要使激光通過充滿稀有氣體(例如氙或氬氣)的管傳播，以進(jìn)一步及時(shí)壓縮脈沖。 。
但是Chini的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開發(fā)出一種方法，可以從更常見的工業(yè)級(jí)激光器中獲得如此少的周期脈沖，而以前只能產(chǎn)生更長的脈沖。
通過在管中使用分子氣體(例如一氧化二氮)代替稀有氣體并改變它們通過氣體發(fā)出的脈沖的長度，它們壓縮了工業(yè)級(jí)激光器的大約100個(gè)周期的脈沖。
研究人員說，他們?cè)谡撐闹姓故玖藟嚎s到1.6個(gè)周期，單周期脈沖在該技術(shù)的范圍之內(nèi)。
UCF物理系的博士生，該研究的主要作者約翰·比塔爾(John Beetar)說，氣體的選擇和脈沖的持續(xù)時(shí)間是關(guān)鍵。
Beetar說：“如果管子中充滿了分子氣體，特別是線性分子氣體，由于分子趨向于與激光場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)，會(huì)產(chǎn)生增強(qiáng)的效果?！?/p>
他說：“但是，僅當(dāng)脈沖足夠長以引起旋轉(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)并經(jīng)歷由旋轉(zhuǎn)引起的影響時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)這種對(duì)準(zhǔn)引起的增強(qiáng)。” “氣體的選擇很重要，因?yàn)樾D(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)時(shí)間取決于分子的慣性，為了使增強(qiáng)最大化，我們希望這與激光脈沖的持續(xù)時(shí)間一致?！?/p>
Beetar說：“與使用工業(yè)級(jí)工業(yè)激光器相關(guān)的復(fù)雜性的降低可以使原子秒科學(xué)變得更加容易上手，并且可以使幾乎沒有激光背景的科學(xué)家進(jìn)行跨學(xué)科的應(yīng)用。”
