目前，飛秒脈衝(chong) 和阿秒脈衝(chong) 能允許科學家們(men) 對原子、分子以及納米顆粒的運動情況展開深入研究。例如，可以將深紫外周期量級脈衝(chong) 入射到分子上操縱價(jia) 電子，以通過阿秒光譜學對分子進行高分辨率研究。

       目前為(wei) 止，深紫外波段產(chan) 生的最短脈寬約為(wei) 3.7fs（阿秒脈衝(chong) 為(wei) 波長更短的極紫外脈衝(chong) ）。但是近期德國馬克斯-普朗克量子光學研究所、慕尼黑工業(ye) 大學、路德維希-馬克西米利安大學以及沙特King Saud大學的研究人員，采用直接頻率轉換方法，獲得了脈寬僅(jin) 2.8fs的深紫外脈衝(chong) ，並有望在未來實現脈寬小於(yu) 1fs的脈衝(chong) 。

圖：在真空室中，充有氖氣的準靜態氣體(ti) 盒將寬帶超短中紅外激光脈衝(chong) 三倍頻後輸出。

氖氣中的三倍頻

       為(wei) 了獲得深紫外超短脈衝(chong) ，研究人員將脈寬為(wei) 4fs以下的近紅外激光脈衝(chong) 聚焦到一個(ge) 3mm長的氖氣盒中進行三倍頻，氣體(ti) 的壓強為(wei) 5bar。近紅外寬帶脈衝(chong) 的中心波長為(wei) 750nm，能量達0.25mJ。通過一係列布儒斯特角入射的聚合物薄膜後，近紅外脈衝(chong) 偏振態為(wei) 線偏振，三倍頻後產(chan) 生了能量為(wei) 1.5µJ的深紫外脈衝(chong) 。殘餘(yu) 的高能共線紅外脈衝(chong) ，通過矽鏡的布儒斯特反射過濾掉，同時將深紫外三倍頻脈衝(chong) 的能量降至大約300nJ。

這個(ge) “準靜態”氣體(ti) 盒置於(yu) 真空室中，之所以稱之為(wei) “準靜態”是因為(wei) 它沒有窗口。氣體(ti) 從(cong) 盒中的一個(ge) 小孔入射到另一個(ge) 小孔。聚焦的紅外光束通過小孔出入氣體(ti) 盒。

       隨後，研究人員利用自相關(guan) 儀(yi) 測量輸出脈衝(chong) 的自相關(guan) 信號。自相關(guan) 儀(yi) 全部由反射元件構成以避免色散。自相關(guan) 儀(yi) 包括離子質譜儀(yi) ，通過氪原子的三光子電離測量自相關(guan) 信號。首先對深紫外脈衝(chong) 進行分束，並在其中一路施加可調延遲。氪離子的數量隨延遲的變化，對應於(yu) 深紫外脈衝(chong) 條紋分辨的自相關(guan) 信號，從(cong) 而產(chan) 生波長為(wei) 230~300nm的紫外光譜，能量峰值位於(yu) 263nm處。

       測量獲得的脈寬為(wei) 2.8fs。根據計算，測量到的脈衝(chong) 紫外譜對應的傅氏變換極限脈寬為(wei) 2.5fs。兩(liang) 者十分相近。

完全控製電子以便於(yu) 光譜學研究

       研究人員相信，利用這些深紫外脈衝(chong) 能夠有效地在電子價(jia) 帶產(chan) 生疊加態，從(cong) 而首次在中性分子中產(chan) 生價(jia) 電子波包。同時由於(yu) 沒有了強的近紅外脈衝(chong) ，這將有利於(yu) 對這些分子的時間分辨吸收，或者有助於(yu) 對這些分子的光電子譜進行研究。

       研究負責人Eleftherioses Goulielmaki表示：“雖然我們(men) 已經取得了這些初步的成功，但目前還沒有完全開發出該方法的應用潛力。現在，我們(men) 正在利用近單周期激光脈衝(chong) 的非線性動力學特性，試圖在這些氣體(ti) 盒中產(chan) 生更寬的紫外譜。產(chan) 生的光譜在該波段甚至可以支持亞(ya) 飛秒脈衝(chong) 。初步的研究結果讓我們(men) 感到非常振奮，我們(men) 希望該技術能夠與(yu) 極紫外阿秒脈衝(chong) 技術一道，在納米尺度上完全控製電子的應用中扮演關(guan) 鍵角色。”