阿秒脈衝(chong) 激光是指持續時間為(wei) 阿秒量級(1×10^-18 秒)的超短激光脈衝(chong) 。電子圍繞原子核運動的時間尺度為(wei) 阿秒量級，研究這種決(jue) 定物質特性的電子動力學過程，需要由阿秒脈衝(chong) 激光技術來實現。2016年，德國馬普光學研究所首次觀測到阿秒量級內(nei) 固體(ti) 材料中激光誘導電子的動力學過程，並通過模擬證明了通過控製激光光場來解決(jue) 電子材料發熱問題的可行性。

 圖1 不同運動過程的時間尺度

阿秒脈衝(chong) 激光的出現被認為(wei) 是激光科學曆史上最重要的裏程碑之一，應用前景難以估量，目前已經成為(wei) 物理、化學、生物等眾(zhong) 多領域重要的研究手段，成功用於(yu) 測量和控製內(nei) 殼層束縛電子運動等過程，將人們(men) 研究物質結構的視野從(cong) 分子拓展到原子內(nei) 部。阿秒脈衝(chong) 激光技術的發展，引發了X射線、自由電子激光、可控高溫超導、超高分辨成像、電子信息處理等領域科學與(yu) 技術層麵研究的諸多重大突破。鑒於(yu) 其巨大的潛在應用價(jia) 值，美國、歐洲、日本等將阿秒激光技術列為(wei) 未來10年激光科學發展最重要的發展方向之一。
 

目前阿秒脈衝(chong) 激光主要是由飛秒（10^-15秒）激光（也稱超快超強激光）作用於(yu) 惰性氣體(ti) 而產(chan) 生的高次諧波所形成的。產(chan) 生的過程為(wei) ：在飛秒脈衝(chong) 激光的激發下，惰性氣體(ti) 元素的電子以隧穿電離的方式離開母核並在強激光場中被加速，最後在激光電場反向時，以一定的幾率概率與(yu) 母核碰撞，從(cong) 而將從(cong) 激光場獲得的能量以X射線光子的形式輻射出來。所輻射的X射線是入射激光脈衝(chong) 的高次諧波，它繼承了入射激光脈衝(chong) 的光學性質，發散角很小，具有很好的相幹性和空間相幹性。

圖2 利用高次諧波產(chan) 生阿秒脈衝(chong) 激光過程示意圖

脈寬紀錄不斷被刷新。2001年，由當時在奧地利維也納技術大學的費倫(lun) 茨·克勞茲(zi) 教授領導的國際研究小組利用上述原理首次獲得脈寬650阿秒激光；2006年，美國勞倫(lun) 斯·利弗莫爾國家實驗室的亞(ya) 曆山大和威廉等人利用級聯自由電子激光器產(chan) 生的飛秒激光脈衝(chong) 激發惰性氣體(ti) ，產(chan) 生了脈寬為(wei) 100阿秒超短激光脈衝(chong) ；2012年，美國中佛羅裏達大學趙昆等人使用雙偏振門控方法，將飛秒激光脈衝(chong) 激發氖氣形成高次諧波，獲得了67阿秒的超短激光脈衝(chong) ；2017年，瑞士蘇黎世聯邦理工學院托馬斯·高姆尼茨（Thomas Gaumnitz）進一步將脈衝(chong) 時間縮短到43阿秒。

阿秒激光誘導電子振蕩技術獲得突破。2013年，德國馬普光學研究所阿秒物理實驗室發現，超高峰值功率的超短激光脈衝(chong) 可以改變絕緣材料電特性，在絕緣體(ti) 中引發超快振蕩的電場和電流，電場和電流的振蕩與(yu) 入射激光的“開”與(yu) “關(guan) ”直接相關(guan) ，進而說明絕緣體(ti) 導電性的轉換是在阿秒級時間內(nei) 完成的，該實驗證明材料的基本導電特性能夠以光場的振蕩速度來增加或減小。

人工控製電子技術取得重大進展。上述現象的發現為(wei) 研製處理頻率達拍赫茲(zi) （1015赫茲(zi) ）量級的電子開關(guan) 器件奠定了基礎，這個(ge) 頻率是當前的電子開關(guan) 處理頻率的數萬(wan) 倍。2016年，馬普光學研究所聯合美國佐治亞(ya) 州立大學、日本築波大學等組成國際研究團隊，將隻包含一個(ge) 強振蕩脈衝(chong) 的激光作用於(yu) 二氧化矽固體(ti) 材料（脈寬時間內(nei) 電子隻能向左和向右振蕩一次），然後使用脈寬短於(yu) 100阿秒的光學手段測量驅動光場的空間電場結構，從(cong) 而首次實現對固體(ti) 材料中電子動力學過程的探測。研究發現：電子在經曆幾十個(ge) 阿秒之後與(yu) 入射激光場的相互作用，這個(ge) 過程的延遲時間決(jue) 定了激光場與(yu) 材料之間交換的能量。模擬計算表明，通過調整光場的振幅可以優(you) 化激光與(yu) 材料之間交換的能量，從(cong) 而證明了通過控製激光脈衝(chong) 優(you) 化超快信號處理過程中的能量交換，使電子器件的發熱量達到最低的理論可行性。
 

對生化反應實現量子相幹控製。量子相幹控製的基本思想是：脈衝(chong) 寬度足夠短，入射光與(yu) 原子相互作用極快，不會(hui) 受到外界環境的影響，這樣，就可以通過改變激光脈衝(chong) ，控製反應按照特定的方式進行，得到預期的效果。在生物、化學反應中，分子角動量起到非常重要的作用。但分子角動量的空間分布是隨機的，控製角動量極具挑戰。脈衝(chong) 寬度為(wei) 飛秒至阿秒量級的超快激光，可對生化反應過程進行全麵控製，從(cong) 而得到預期的結果。比如在生命科學中，阿秒脈衝(chong) 激光將最終從(cong) 根本上（電子運動方式的層麵）幫助人們(men) 弄清楚疾病產(chan) 生的微觀起因、形成和發展。

可大幅提升電子器件運行速度。現代電子學無論在時間還是空間上都在朝著原子量級推進，這就意味著有有望在原子尺度內(nei) 製作電路，並通過控製光電場開關(guan) 電流。阿秒脈衝(chong) 激光技術為(wei) 研製拍赫茲(zi) 的超高頻電子器件開辟了道路，可將電子器件的運行速度提高幾個(ge) 數量級且有望解決(jue) 電子器件發熱嚴(yan) 重的問題，可能成為(wei) 新一輪電子信息技術革命的推動力。

有望助力能源革命。在能源領域，可利用阿秒脈衝(chong) 激光研究新材料中的電子和空穴對之間的電荷轉移機製，控製電子的轉移過程，推進超導技術研究，提升人工光合作用和太陽能電池的效率。