A Second Laser: For The Crazy Electronic Photography

Precis som vi använder ljus för att observera den makroskopiska världen omkring oss, kan vi också använda ljus för att undersöka den subatomära världen. Men en princip måste iakttas: varje mätning måste vara snabbare än den tid som krävs för att systemet som studeras ska förändras avsevärt, annars kan endast vaga resultat erhållas.
I en molekyl rör sig atomer på femtosekund (biljondels sekund, 10^-15 sekunder) tidsskalan, deras positioner och energier förändras på en till några hundra attosekunder, och för att mäta deras rörelse kan femtosekundsteknologin "kan inte hjälpa.
Hur kort är en attosekund? 1 attoseund är 10^-18 sekunder, vilket är en miljarddels miljarddels sekund. 1 attosekund motsvarar 1 sekund av universums ålder (13,8 miljarder år). En ljusstråle som går från ena sidan av rummet till den motsatta väggen tar 10 miljarder bågsekunder.
Attosekundpulsens "verkliga liv".
Hur får man en ljuspuls till attosekundskalan? Teoretiskt kan kortare ljuspulser genereras genom att kombinera kortvågiga laserpulser med flera våglängder.
Wei Zhiyi, en forskare vid Institute of Physics vid den kinesiska vetenskapsakademin, förklarade för reportern Science and Technology Daily: "För att generera nya våglängder behöver man inte bara en femtosekundlaserdrift, utan måste också fokusera på gasen, genom samspelet mellan ljus- och gasatomer för att producera de så kallade höga övertonerna, höga övertoner är en cykel i drivlasern, genereringen av två cykler av vågen."
1987 fokuserade Lhuillier och kollegor en infraröd laserstråle på en inert gas och fann att de övertoner som producerades var fler och starkare än de som tidigare producerats med kortare våglängds laserdrivningar, och att många av de observerade övertonerna hade liknande ljusintensiteter.
Ytterligare studier fann att under de rätta omständigheterna överlappade övertonerna för att producera en serie laserpulser i det ultravioletta bandet, som var och en bara var några hundra attosekunder långa.
År 2001 lyckades Agostini och hans kollegor i Frankrike generera en serie pulståg som bara varar i 250 arsec. Ferenc Krauss och hans partners i Österrike gick åt andra hållet, isolerade enstaka isolerade ljuspulser som varar i 650 bågsekunder och använde dem för att spåra och studera processen att "dra ut" elektroner ur atomer.
"Det är arbetet av dessa tre forskare, representerade av forskarna i mer än ett decennium, genom uppfinningsrikedom och oförtröttliga ansträngningar, så att ultrasnabb vetenskap in i eran av attosekunder." sa Wei Zhiyi.
Lovande inom ett antal områden, "visa dina färdigheter"
En liten kolibri kan slå sina vingar 80 gånger per sekund, med det mänskliga ögat inte kan se, men med en höghastighetskamera kan den ramas in i en tydlig handlingsram.
"En andra ljuspuls är just studiet av den mikroskopiska materiella världen av 'höghastighetskamera', kan vara 'rasande' av elektronen inramad för observation." Wei Zhiyi sa hoppfullt: "Att studera och förstå elektroner på en så kort tidsskala (av attosekunder) förväntas underlätta den snabba utvecklingen av ultrasnabb elektronik, som en dag kan ge upphov till mer kraftfulla datorchips. Det tillåter oss också att urskilja molekyler baserat på deras elektroniska egenskaper och att använda dem för snabb och exakt sjukdomsdiagnostik."
Enligt Wei Zhiyi har för närvarande, förutom ovanstående forskarlag internationellt, ett antal forskarlag i USA, Kanada, Italien, Schweiz, Japan, Sydkorea och andra länder också bedrivit forskning om generering av attosekundpulser och deras tillämpningar inom många områden som fysik, kemi och biologi.
"Till exempel satte prof. Chang Zenghus team vid University of Central Florida i USA världsrekordet för den kortaste attosekundspulsen två gånger, 2012 och 2017, och 43-attosekundspulsen skapad av Swiss Federal Institute of Technology år 2017 har hittills haft det nuvarande världsrekordet för de kortaste. I synnerhet har EU byggt Extreme Light Facility (ELI-ALPS) i Ungern, med attosekundlasrar som huvudkomponent, för att ge forskare inom olika områden till utföra attosecond vetenskaplig forskning." Wei Zhiyi räknar resultaten inom området attosecond.
Forskning om attosekundsljuspulser har också fått stor uppmärksamhet av kinesiska forskare. Institutet för fysik vid den kinesiska vetenskapsakademin, Shanghai Institute of Optical Mechanics, Xi'an Institute of Optical Mechanics, Peking University, East China Normal University, National University of Defense Technology, Huazhong University of Science and Technology och andra enheter bär ut forskning inom området attosecond science. 2013, Wei Zhiyis grupp för första gången i Kina för att generera och mäta den isolerade attosekundspulsen på 160 attosekunder, och utvecklas nu vidare mot kortare pulsbredder, högre energier och högre repetitionsfrekvenser, vilket kommer att ge möjlighet för de kinesiska forskarna att utveckla sina egna attosecond-lasrar. I kombination med terminalutrustningen tillhandahåller den en internationellt ledande plattform och faciliteter för forskning av attosecond laser inom områdena kondenserad materiens fysik, atom- och molekylfysik, kemi, biomedicin, information och energi.