專利名稱：一種測量阿秒脈沖脈寬的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量阿秒脈沖脈寬的方法。
技術(shù)背景隨著超快技術(shù)的發(fā)展，強(qiáng)激光脈沖不斷地縮短，其脈寬已達(dá)到光周期量級。這種周期量級激光脈沖(5飛秒左右)與原子相互作用使 得更短脈沖的產(chǎn)生又有了一個新的突破，己實現(xiàn)了單個的阿秒脈沖。 阿秒脈沖可以實現(xiàn)原子和分子內(nèi)電子運(yùn)動的實時測量和控制，從而近 幾年來吸引了越來越多的關(guān)注。單阿秒脈沖已經(jīng)被用于觀測原子內(nèi)核 層的演化過程，電子隧道電離和控制高次諧波的產(chǎn)生。所有的這些應(yīng) 用都依賴于單阿秒脈沖，因此對于阿秒脈沖的測量非常重要。目前，測量阿秒脈沖的方法大致有以下兩種方案(l)采用自相 關(guān)技術(shù)；(2)采用交叉相關(guān)技術(shù)。其中，由于阿秒脈沖的強(qiáng)度較低， 而且在超紫外區(qū)域，測量所需的非線性現(xiàn)象缺乏，所以使用自相關(guān)方 法測量單阿秒脈沖仍然面臨許多困難。使用相關(guān)交叉技術(shù)是目前測量 單阿秒脈沖的比較普遍的方法，這種方法使用飛秒激光作為參考時 間，通過擬合光電子譜隨相位變化的能量漂移或展寬來得到阿秒脈沖 的脈寬，這種方法非常復(fù)雜，不僅要求一系列的光電子譜，而且需要 大量的擬合計算。到目前為止，光電子譜和單阿秒脈沖之間的直接的 量子關(guān)系還沒有建立。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種測量阿秒脈沖脈寬的方法，操作簡 單，計算量小，測量精度高。一種測量阿秒脈沖脈寬的方法，包括以下步驟
(4) 將由激光和阿秒脈沖構(gòu)成的合束光聚焦在稀有氣體上，經(jīng)過 單光子電離形成包含阿秒脈沖信息的光電子信號；
(5) 采集光電子信號，得到光電子譜；
(6) 利用光電子譜和阿秒脈沖的關(guān)系公式對光電子譜進(jìn)行分析， 得到阿秒脈沖的脈寬；
所述關(guān)系公式具體為<formula>formula see original document page 4</formula>
采用原子單位，其中，A^為光電子能譜譜寬，有質(zhì)動力能t;=《，
五為激光場振幅，e為電子電量，叫為激光場角頻率，、為阿秒脈沖 脈寬，電子的初始能量丄。二p—/。， p為阿秒脈沖的角頻率，/。為原子 的電離能。
本發(fā)明建立光電子譜和阿秒脈沖之間的直接關(guān)系，通過測量光電 子譜寬來獲得阿秒脈沖的脈寬。該方案簡化了測量方法，僅需要測量 一個光電子譜，另外避免了擬合計算，測量方法更加簡單精確。
圖1為本發(fā)明原理示意圖2為實例一對應(yīng)的光電子譜寬與阿秒脈沖脈寬關(guān)系圖及光電 子能譜圖，圖2 (a)光電子譜寬與阿秒脈沖脈寬關(guān)系圖，圖2 (b) 為光電子能譜圖3為實例二對應(yīng)的譜寬與阿秒脈寬關(guān)系圖。
具體實施實例
圖1為本發(fā)明原理示意圖"其中虛線表示激光場，實線表示阿秒 脈沖，下面結(jié)合實例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實例一
采用的稀有氣體為氦氣，激光強(qiáng)度為8xl0'3fTcm-2，波長為800nm。 阿秒脈沖強(qiáng)度為5x1012,^2，(阿秒脈沖)角頻率為3.42a,u.。激光場
通過單光子電離將阿秒脈沖轉(zhuǎn)化成光電子信號，采集光電子信號得到
包含阿秒脈沖信息的光電子譜。建立光電子譜和阿秒脈沖之間的精確
的關(guān)系，如上述關(guān)系公式所示，該公式中用的是原子單位，其中M表 示光電子能譜的譜寬，有質(zhì)動力能t;=《，￡為電場振幅，叫為激
"4"02
光場的角頻率，e為電子電量，、為阿秒脈沖的脈寬，電子的初始能 量丄。二p—/。， p為阿秒脈沖的角頻率，/。為原子的電離能。為了驗證 本發(fā)明的正確性，同時使用解含時薛定諤方程進(jìn)行測量用于與本發(fā)明
測得結(jié)果比較，圖2為阿秒能譜圖及光電子譜寬與阿秒脈沖脈寬關(guān)系 圖，其中，圖2(a)由解含時薛定諤方程得到的光電子譜圖，圖2(b)中 的點(diǎn)線和實線分別是由解含時薛定諤方程和本發(fā)明中的方法得到阿 秒脈寬與光電子譜寬關(guān)系圖。
參考圖2(b)中實線表示的曲線，當(dāng)測到某一光電子譜寬時，則可 以由曲線得到對應(yīng)的阿秒脈沖脈寬。比如，實驗中測到光電子譜寬為 37.5eV，對應(yīng)于圖2(b)中C點(diǎn)，則可以由關(guān)系公式得到的圖中讀出阿 秒脈寬為300as。為了檢驗該方法的準(zhǔn)確性，我們用通過解含時薛定 諤方程來模擬得到光電子譜圖，如圖2(a)所示，當(dāng)譜寬為37.5eV(光 電子譜的半高寬)，則對應(yīng)于圖2(a)中所示的A、 B兩點(diǎn)之間的譜寬， 由解含時薛定諤方程模擬的結(jié)果可以得出，其對應(yīng)的阿秒脈沖為 300as。由此可知，兩種不同的方法得到的結(jié)果符合的相當(dāng)好的，說明了該方法的正確性。相比解含時薛定諤方程，本發(fā)明操作更簡單，
計算量更小。
實例二
采用的稀有氣體為氦氣，激光強(qiáng)度為5xlO"『cm-2 ，波長為 1600nm，阿秒脈沖強(qiáng)度為5xlO'2『cw-2 ，(阿秒脈沖)角頻率為3.42a.u。 激光場通過單光子電離將阿秒脈沖轉(zhuǎn)化成光電子信號，最終的光電子 譜繼承了阿秒脈沖的信息。根據(jù)關(guān)系公式得到如圖3中實線表示的曲 線，圖3中的點(diǎn)線和實線分別是由解含時薛定諤方程和本發(fā)明中的方 法得到的光電子譜圖和阿秒脈寬與光電子譜寬關(guān)系圖，在實驗中測到 的光電譜寬，則可以由圖3曲線得到對應(yīng)的阿秒脈沖脈寬。通過對比， 兩種不同方法得到的結(jié)果一致。
權(quán)利要求
1、一種測量阿秒脈沖脈寬的方法，包括以下步驟(1)將由激光和阿秒脈沖構(gòu)成的合束光聚焦于稀有氣體，經(jīng)過單光子電離形成包含阿秒脈沖信息的光電子信號；(2)采集光電子信號，得到光電子譜；(3)利用光電子譜和阿秒脈沖的關(guān)系公式對光電子譜進(jìn)行分析，得到阿秒脈沖的脈寬；所述關(guān)系公式具體為<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>ΔE</mi><mo>=</mo><mn>2</mn><msqrt> <msub><mrow> <mn>8</mn> <mi>U</mi></mrow><mi>p</mi> </msub> <msub><mi>L</mi><mn>0</mn> </msub></msqrt><mi>sin</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>ω</mi><mn>0</mn> </msub> <msub><mi>τ</mi><mi>x</mi> </msub> <mo>/</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>≈</mo><msqrt> <mn>8</mn> <msub><mi>U</mi><mi>p</mi> </msub> <msub><mi>L</mi><mn>0</mn> </msub></msqrt><msub> <mi>ω</mi> <mn>0</mn></msub><msub> <mi>τ</mi> <mi>x</mi></msub><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0001" file="A2008100485230002C1.tif" wi="73" he="7" top= "77" left = "83" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>公式采用原子單位，其中，ΔE為光電子能譜譜寬，有質(zhì)動力能<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>U</mi> <mi>p</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <msup><mi>eE</mi><mn>2</mn> </msup> <msup><msub> <mrow><mn>4</mn><mi>ω</mi> </mrow> <mn>0</mn></msub><mn>2</mn> </msup></mfrac><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0002" file="A2008100485230002C2.tif" wi="20" he="9" top= "88" left = "150" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>E為激光場振幅，e為電子電量，ωO為激光場角頻率，τx為阿秒脈沖脈寬，電子的初始能量LO＝p-IO，p為阿秒脈沖的角頻率，IO為原子的電離能。
全文摘要
一種測量阿秒脈沖脈寬的方法，包括以下步驟1)將由激光和阿秒脈沖構(gòu)成的合束光聚焦在稀有氣體上，經(jīng)過單光子電離形成包含阿秒脈沖信息的光電子信號；2)采集光電子信號，得到光電子譜；3)利用光電子譜和阿秒脈沖的關(guān)系公式對光電子譜進(jìn)行分析，得到阿秒脈沖的脈寬。本發(fā)明建立光電子譜和阿秒脈沖之間的直接關(guān)系，通過測量光電子譜寬來獲得阿秒脈沖的脈寬，該方案簡化了測量方法，避免了大量擬合計算，測量結(jié)果精確。
文檔編號G01J11/00GK101334318SQ20081004852
公開日2008年12月31日 申請日期2008年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月25日
發(fā)明者蘭鵬飛, 芳 李, 楊振宇, 王少義, 陸培祥 申請人:華中科技大學(xué)