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阿秒超快光學
隨著科技的飛速發展，光電應用與材料領域正不斷湧現出令人矚目的新知識和技術與新應用，為響應國家號召，北京小优视频app为爱而生儀器有限公司積極承擔社會責任，特別策劃並推出《名家專欄》係列技術與應用新聞專欄，該專欄匯聚激光物理、拉曼小优视频官方下载、等離子體、電化學、量子理論及激光誘導擊穿小优视频官方下载等多領域係列，全係列專欄共計36篇，深入剖析前沿科技，為讀者帶來專業而豐富的知識盛宴，為廣大科研工作者提供一個交流與學習的平台。
首篇《名家專欄》激光物理係列專欄，榮幸地邀請到了中國科學院上海光學精密機械研究所的曾誌男老師，他將為小优视频app为爱而生深入解讀阿秒超快光學的奧秘，帶來前沿的知識分享。
《名家專欄》第一期：人物介紹
曾誌男，上海小优视频app官网所研究員，其團隊長期從事高次諧波（HHG）和阿秒超快方麵研究，參與建設上海超強超短激光裝置（SULF）等，發表 SCI 論文 80 餘篇，編撰專著《阿秒激光技術》，先後獲得基金委“優秀青年基金”和國家科技創新領軍人才的資助。
2023年，諾貝爾物理學獎被授予美國俄亥俄州立大學教授皮埃爾·阿戈斯蒂尼（Pierre Agostini）、德國馬克斯·普朗克量子光學研究所教授費倫茨·克勞斯（Ferenc Krausz）、以及瑞典隆德大學教授安妮·呂利耶（Anne L'Huillier）這三位實驗物理學家，以表彰他們開發了能夠產生阿秒（10-18秒）光脈衝的實驗方法，從而用於研究物質中的超快電子動力學。
時間的精確測量是實驗科學的核心，將計時觀測擴展到更短的時間尺度是實時觀測微觀現象的關鍵，這些微觀現象包括從重要的生物過程到高科技背後的動力學。阿秒脈衝的根本用途即研究微觀現象的電子超快動力學。在微觀世界，生物、化學和物理的界限正在逐步消失，因為其根本都是來自電子運動，例如分子內的電子運動負責生物信息傳遞、改變化學產物以及生物係統功能，信息處理的速度則可以通過采用更小的納米電路來提高等等。在能源領域，阿秒脈衝助力於探測新材料中的電子和空穴之間的電荷轉移機製，推進超導體、半導體的研究，提升太陽能電池的效率，等等。阿秒計量學為原子、分子和固體中迄今為止難以測量的快速電子現象提供了途徑，是測量技術的革命。
阿秒脈衝產生示意圖（來自網絡）
孤立阿秒脈衝追蹤電子
孤立阿秒脈衝的產生使得原子核外最快的運動——原子係統中的電子動力學——得以被捕獲。如果小优视频app为爱而生想觀測微觀的原子分子，一個好的辦法是用激光脈衝去照射微觀的粒子，然後觀測這些微觀粒子的行為。原子係統中電子的運動速度實在太快了，繞原子核一圈通常隻需要百阿秒量級的時間。這就要求科學人員在給原子"拍照"的時候需要使用超快的阿秒量級的"閃光燈"，這種"閃光燈"就是阿秒激光。
電場波形受控的少周期激光脈衝和它們產生的孤立阿秒脈衝構成了一種有效的泵浦-探測技術，既可以對光信號進行精確的阿秒計量，又可以實時探測在光信號上留下的各種電子過程信息。阿秒電子條紋相機記錄條紋小优视频官方下载圖，可以測量亞飛秒激光波形和XUV阿秒脈衝。XUV阿秒脈衝用作觸發，穩定的激光電場作為探針，可以提供對激發原子中多電子弛豫過程的實時觀測，例如級聯俄歇衰變和原子內電子關聯等。
阿秒是人類目前可操控的最短脈衝，對標於電子運動的時間尺度（來源於網絡）
凝聚態物質的阿秒物理學
早期固體中的第一個阿秒時間分辨研究是使用阿秒條紋相機對單晶鎢進行的，發現產生自鎢局域核心態的電子到達鎢表麵的時間比那些來自導帶離域電子延遲了約 100 阿秒。對於單晶鎂，來自核芯能級和價帶態的光電子則同時到達表麵，實驗不確定度為 20阿秒。而且，阿秒XUV 脈衝激發的光電子能夠直接探測等離子體（金）納米局域電場振蕩，為空間和時間上的超快納米等離子體傳播研究提供直接途徑。這些新穎的阿秒技術可能有助於研究克服當代數字電子設備速度限製的方法，並探索基於電子的信號處理的極限。
表麵等離子體的阿秒電子動力學（nature photonics, vol 1, September 2007, 539）
電子信號處理的前沿
當代數字電子產品的基本構建模塊是金屬氧化物半導體場效應晶體管 (MOSFET)。 盡管高速 MOSFET 的截止頻率 fcutoff 大約在 100 GHz~1 THz 範圍內，但處理器的最大速度已限製在 fprocessor ≈ 3 GHz 很多年。這種限製是由連接晶體管以形成處理器的互連線的充電時間 τcharging 造成的；另一個限製源於散熱，這也主要發生在當代數字電子產品中晶體管對互連線充電和傳輸信號時。對於長 (~5 mm) 互連，每個開關周期在此過程中消耗的能量約為 Qswitch ≈ (1/2) Cinterconnect (ΔUgate )2 ≈ 1 fJ。處理器時鍾速率由長互連決定，而每個晶體管每個開關的平均能量由典型 (~500 μm) 互連決定，並且要小一個數量級 (Qswitch ≈ 0.1 fJ)。 這給出了每個處理器功耗的上限 Pprocessor ≈ Nt fprocessor Qswitch ≈ 300 W，其中 Nt ≈ 109 是處理器中晶體管的數量。這對將當前的數字電子產品擴展到更高的時鍾速率和晶體管數量構成了另一個嚴峻的挑戰(Nature Photonics, vol 8, March 2014, 208)。
可逆強場效應在信號處理中的實用性在未來可能得到驗證，其帶寬在原始實驗中約為 0.2 PHz（200GHz）。最近，能夠測量光波形的固態太赫茲帶寬示波器已成為現實。
芯片上的阿秒電子運動(Nature Photonics, vol 15, pages 456–460 (2021))
阿秒物理學：未來
受控光場和阿秒測量技術有助於推動未來數字電子產品的速度前沿。對電子運動的直接時域測量對於理解生命組成部分（即生物分子及其複合物）的內部運作也至關重要。這些知識涉及高度複雜係統中非常複雜的電子過程，將對生物技術和醫學治療產生影響。進一步，阿秒也將無法滿足人類的需要。為探尋原子核的運動，科研人員必須進入渺秒（或10-21秒）領域。
