[实用新型]一种极紫外阿秒脉冲脉宽度量装置

说明书

技术领域

本实用新型属于光学领域，涉及一种超快诊断技术，具体涉及一种极紫外阿秒脉冲脉宽度量装置。

背景技术

超快现象（持续时间小于1μs）广泛地出现在自然界或相关科学技术研究中。例如，植物的光合作用过程、光材料中的光激发态驰豫过程、化学反应的分子动力学过程、生物材料荧光发射、强光与物质相互作用物理过程等时间尺度多在皮秒至飞秒量级，甚至于阿秒量级范围内。因此超快现象研究对材料、生物、光物理、光化学等自然科学研究的发展，以及激光技术、强光物理、高能物理等技术领域的进步都具有巨大的推动作用和重要的现实意义。可以想象，人类在瞬态超快领域认识层面上的不断深入必须同时也正是建立在技术科学能够提供相应的实验手段和技术设备的基础上的。因此可以说，技术科学领域超快诊断相关技术设备和实验手段的更新进步直接导致了人类对微观世界认识的深入。

对于阿秒脉冲群以及单阿秒脉冲而言，对其的表征无疑是对现有成熟的超短脉冲表征方法的挑战。这其中除了其超短的时间量度以及由此所决定的极宽的光谱范围，更重要的是，其光谱大多处于在极紫外甚至软X射线光谱波段范围。由于在这个波段目前尚没有有效的非线性介质，因而常用的基于非线性光学效应的脉冲测量方法，如FROG（Frequency-Resolved Optical Gating）等已经不再适用。而对于常用的表征其脉冲脉宽大于背景激光场周期的X射线脉冲的方法，也由于待测X射线脉冲阿秒量级的脉宽而使得这种方法不能被直接推广到阿秒量级脉冲的表征。在探索阿秒脉冲表征方法的过程中，人们也曾经尝试使用传统的变像管条纹相机技术，但由于此技术存在着由其工作原理所决定的时间分辨率提高方面的瓶颈，因而这种想法也最终归于失败。

实用新型内容

为了解决背景技术中所存在的技术问题，本实用新型提出了一种极紫外阿秒脉冲脉宽度量装置。

本实用新型的技术方案是：

一种极紫外阿秒脉冲脉宽度量装置，其特殊之处在于：包括载波包络相位锁定的疏周期超强近红外飞秒脉冲、极紫外单阿秒脉冲、分束镜、第一宽带全反镜、过滤单元、中空分束镜、光程控制单元、第二宽带全反镜、复合聚焦透镜、目标靶及光电子能谱探测分析系统；

上述分束镜设置在载波包络相位锁定的疏周期超强近红外飞秒脉冲的后方，其分出的一路红外飞秒脉冲进入光程控制单元后通过第二全反镜与另一路脉冲在中空分束镜汇合，其分出的另一路红外飞秒脉冲经过第一宽带全反镜后进入极紫外单阿秒脉冲产生及近红外光过滤单元，过滤后的极紫外单阿秒脉冲通过中空分束镜与分出的另一路脉冲汇合，并通过复合聚焦透镜进入目标靶及探测分析系统。

本实用新型的优点是：

1.本实用新型基于全新的时域至能量域映射技术，因而可以测量阿秒量级脉宽的超短脉冲。

2.本实用新型所述装置具有双重功能，不仅可以用来测量阿秒脉冲，而且亦可同时用于阿秒脉冲的应用研究。

附图说明

图1为本实用新型流程图；

图2为目标靶原子的双色场电离过程；

图3为双色场电离过程中探测场对某一时刻电离的光电子的速度调制；

其中，1-载波包络相位锁定的疏周期超强近红外飞秒脉冲；2-极紫外单阿秒脉冲、3-分束镜、4-第一宽带全反镜、5-极紫外单阿秒脉冲产生及近红外光过滤模块、6-中空分束镜、7-光程控制模块、8-第二宽带全反镜、9-复合聚焦透镜、10-目标靶及光电子能谱探测分析系统。

具体实施方式

参见图1-3，本实用新型的技术装置为如图1所示的基于马赫-曾德干涉仪结构的泵浦探测式构型（这是物理学中的公知结构）。载波包络相位锁定的疏周期超强近红外飞秒光脉冲作为整个系统的驱动光源，此脉冲光源在干涉仪的一个臂中通过强场高阶谐波过程产生极紫外单阿秒脉冲；其后，单阿秒脉冲和来自干涉仪另一臂中的近红外脉冲同时在真空系统中共线传播，在目标介质处分别作为泵浦光和探测光同时与介质原子发生双色场电离过程。极紫外阿秒光脉冲通过单光子电离而电离目标靶原子，在没有能级之间共振跃迁的条件下，此电离过程将产生一与待测阿秒光脉冲时间宽度一样的电子脉冲，这个过程可以认为是瞬时的。电离出的光电子具有一定初始能量分布，电离光电子即刻受到探测场的调制作用而具有一定的能量分布，根据泵浦光和探测光在强度和频率上的差异，此光电子脉冲动量或者能量的改变仅与光电子产生时刻的探测场有关，也即此能量调制幅度反应了光电子电离的时间信息，这样的依赖关系使得能够根据不同时刻电离电子的二维能谱分布推出待测阿秒脉冲的包络，也即其脉冲宽度。目标靶处的双色场电离过程如图2所示。