阿秒光脉冲是什么

2023年诺贝尔物理学奖授予皮埃尔·阿戈斯蒂尼 (Pierre Agostini)、费伦茨·克劳斯 (Ferenc Krausz) 和安妮·卢利尔 (Anne L’Huillier)，“以表彰他们为研究物质中的电子动力学而产生阿秒光脉冲的实验方法”。

阿秒是时间单位。毫秒是千分之一秒，更小的单位是微秒、纳秒、皮秒、飞秒、阿秒、仄秒等，其中1阿秒相当于10⁻¹⁸秒。阿秒是人类真正在实践层面计时的最短时间单位，阿秒光脉冲是什么呢？阿秒光脉冲是一种持续时间极短的光脉冲，其宽度小于1飞秒（10 -15 秒）。在这么短的时间内，光只能传播0.3纳米，也就是3个紧紧排在一起的氢原子的长度。阿秒光脉冲具有极高的时间分辨率和空间分辨率，可以用来观察和控制原子和分子内部电子的运动。

阿秒光脉冲又是如何产生的呢？要回答这个问题，我们需要先了解另一个概念：高次谐波。高次谐波是指当强激光照射原子或分子时，产生的频率比激光频率高很多倍的光波。高次谐波可以看作是原子或分子对强激光场的非线性响应，其频率通常是激光频率的整数倍。高次谐波具有很多优良的特性，例如宽带、相干、单色、可调节等。

高次谐波产生的机制可以用一个三步模型来描述：

第一步：当强激光场作用于原子或分子时，外层电子会被拉出原子核的束缚，形成自由电子。这个过程叫做隧穿电离。

第二步：自由电子在强激光场中加速运动，并获得能量。这个过程叫做加速散射。

第三步：自由电子在强激光场中改变方向，并回到原来的原子或分子中。在这个过程中，电子会释放出多余的能量，并形成一个高频光子。这个过程叫做重组辐射。

通过这三步模型，我们可以看出，高次谐波产生过程中涉及了两个关键因素：强激光场和自由电子。强激光场提供了足够大的电场强度来使电子隧穿电离子，并使电子加速和重组，从而产生高频光子。自由电子则是高次谐波产生的载体，它的运动轨迹和速度决定了高频光子的频率和相位。因此，如果能够精确地控制强激光场和自由电子的相互作用，就能够产生具有特定频率和相位的高次谐波。