虚拟专题 | 阿秒科学与技术
专题介绍
阿秒(as)是10-18s的时间单位,比飞秒(fs)快3个量级，比皮秒(ps)快6个量级。传统上，人们借助电子技术才能获得纳秒(ns)到皮秒(ps)量级的最快可控过程。随着激光的问世，特别激光锁模技术的出现,超快技术才得到了快速发展，激光也因此成为目前研究微观粒子超快运动的最重要手段。1981年，美国贝尔实验室发明了碰撞脉冲锁模(CPM)技术，第一次将人们所能控制的时间推进到了亚 100fs，开启了超快研究的飞秒时代; 2001年，奥地利维也纳技术大学的 Ferenc Krausz教授结合飞秒激光啾脉冲放大技术(CPA)及高次谐波技术(HHG)，第一次测量得到了孤立的阿秒激光脉冲，超快科学研究从此迎来了阿秒时代。阿秒激光的出现是激光发展史上最重要的里程碑成果之一（《阿秒物理·序》，魏志义）。为此，编辑部挑选近期在Ultrafast Science期刊发表的7篇阿秒科学与技术相关的高质量论文作成虚拟专题，以期为相关研究人员提供参考。
Ultrafast Hole Deformation Revealed by Molecular Attosecond Interferometry
电子空穴态的阿秒干涉测量
强激光场电离分子后会形成电子-空穴对，其中的空穴将在阿秒时间尺度（10^-18s）内进行演化。准确探测空穴结构及其动力学特性，是强场超快领域的核心问题之一。 利用电离过程中制备的电子， 可以对空穴态进行自探测， 展示出具有高时间分辨的“超快空穴电影”。
由国防科技大学赵增秀教授、中国工程物理研究院研究生院袁建民教授和北京应用物理与计算数学研究所陈京研究员等科研人员组成的联合研究团队，研发了测量电子空穴态的分子阿秒干涉系统。通过精确控制激光的偏振、相位和二氧化碳分子取向，实现了分子在强场作用下产生的电子空穴态的原位操控，并用于对分子内电子空穴波包的重构成像。在周期调制的激光场作用下，电离产生的电子与空穴复合会辐射高次谐波。在基频光场基础上施加微弱的倍频场，可以破坏高次谐波产生过程中电子运动的时域对称性，即在阿秒尺度上搭建一种电子干涉仪。这种电子干涉仪会导致偶次谐波和太赫兹波的相干辐射，分别对应于阿秒量级和皮秒量级的电子-空穴动力学行为。
A Custom-Tailored Multi-TW Optical Electric Field for Gigawatt Soft-X-Ray Isolated Attosecond Pulses
光波形合成器实现稳定的高能量孤立阿秒脉冲输出
Focusing Properties of High-Order Harmonics
高次谐波的聚焦特性
高次谐波产生（High-order Harmonic Generation）是一种高度的非线性现象，这种现象可以将可见-红外波段的激光上转换成为极紫外波段（Extreme-ultraviolet, XUV），乃至软X射线波段的类激光辐射。高次谐波的发生机制赋予这类辐射源非常好的空间和时域相干性，因此这类光源可以便捷地应用于阿秒光源，非线性光学，极紫外波段光钟，相干衍射成像（CDI）等技术。与此同时，高次谐波复杂的特性是其应用的阻碍，深入地研究这类光源的性质才能对它的应用打好基础。
High-Flux 100 kHz Attosecond Pulse Source Driven by a High-Average Power Annular Laser Beam
环形高重频高平均功率激光驱动下的高通量阿秒脉冲
Generating Isolated Attosecond X-Ray Pulses by Wavefront Control in a Seeded Free-Electron Laser
基于波前控制的高亮度阿秒X射线自由电子激光
目前，基于高次谐波产生技术（HHG）已经可以产生几十阿秒的超快脉冲，但是随着波长缩短到X射线范围，其高次谐波转换效率会急剧降低，导致单脉冲能量的迅速减小。自由电子激光（FEL）具有高功率、全相干、波长连续可调等优点，在X射线阿秒脉冲产生方面极具优势，目前人们已经提出了多种阿秒FEL的产生方案，部分已被实验所验证，但其脉冲长度多在百阿秒量级。近期，中科院上海高等研究院自由电子激光团队提出了一种外种子型阿秒FEL产生的新机制，此新机制采用种子激光波前控制来操控FEL中“微聚束”的结构，进而产生全相干的X射线孤立阿秒脉冲，与传统方法相比，这种新机制可突破滑移效应的限制，所产生的阿秒脉冲长度更短、相干性更好，且与外部泵浦激光自然同步，有望为超快动力学研究提供理想的探针。
High-Harmonic Generation and Correlated Electron Emission from Relativistic Plasma Mirrors at 1 kHz Repetition Rate
重频为千赫兹的等离子体制作的相对论镜研究
Attosecond Optical and Ramsey-Type Interferometry by Postgeneration Splitting of Harmonic Pulse
阿秒光干涉到阿秒量子干涉的无缝衔接
日本理化学研究所先进光子学中心和东京大学的研究团队开发了一种新型干涉仪，用于处理源于阿秒脉冲的光学干涉和物质中电子态的量子干涉产生的条纹。他们通过使用氦原子样本的实验对高次谐波脉冲进行后生成分裂，证明了干涉仪方案的可行性。松原（Matsubara）展望道：“这种新方法应该有助于研究分子中耦合核动力学的电子态间相干性的超快时间演化。”他期望观察到由分子中的核运动引起的阿秒电子干涉的失谐、破坏和恢复。
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