據中科院網站消息，原子內(nei) 部電子動力學行為(wei) 的演化是物理、化學、生物以及材料等學科研究中最基本的過程。精密測量電子的動力學特性，實現對其物理性質的理解，進而控製原子內(nei) 電子的動力學行為(wei) 是人們(men) 追求的重要科學目標之一。具有阿秒（10-18秒）時間分辨的高次諧波由於(yu) 光子能量高(10eV~keV量級)、脈寬短(亞(ya) 飛秒~幾十阿秒)等特點，使得它在物理、化學和生物等領域有著廣泛的應用。通過其與(yu) 物質的相互作用，人們(men) 不僅(jin) 可以研究原子、分子和固體(ti) 中的超快動力學過程，而且還可以對納米尺度的物質進行時間分辨的衍射成像。此外高次諧波也是自由電子激光裝置、具有時間分辨的極短波長角電子能譜儀(yi) 等科學裝置中理想的種子脈衝(chong) 及光源。中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室（籌）光物理重點實驗室魏誌義(yi) 研究員領導的研究組近年一直致力於(yu) 阿秒激光高次諧波產(chan) 生的研究，他們(men) 不僅(jin) 觀察到了高次諧波光譜中的複雜結構【Opt. Express 19, 17408 (2011)】，並且首次在國內(nei) 測量到了單個(ge) 阿秒激光脈衝(chong) 【Chin. Phys. Lett., 30(9), 093201 (2013), Opt. Express 21, 17498 (2013)】。

　　高次諧波的產(chan) 生是一種超快超強激光場驅動下的極端非線性現象，可以看作是電子波包和母核的碰撞過程。在強激光場作用下，物質中基態電子波包被電離出母核到自由態後先得到加速，隨著激光場的反向振蕩，電子波包被拉回和母核碰撞，從(cong) 而釋放出高次諧波。根據自由態的電子在激光場中運動的時間，電子的運動可分為(wei) 長軌道和短軌道，由於(yu) 長短軌道的相位匹配條件不一樣，在以往的實驗中不能同時獲得長短軌道產(chan) 生的高次諧波。最近，該研究組的博士研究生葉蓬在滕浩副研究員、賀新奎副研究員及魏誌義(yi) 研究員的指導下，利用他們(men) 自己組建的阿秒激光裝置，實現了電子波包在自由態的各條量子軌道上的直接定位，獲得了全量子軌道分辨的高次諧波譜，研究結果發表在近期出版的《物理評論快報》【Phy Rev Lett, 113, 073601 (2014)】上。他們(men) 的研究結果表明，使用短於(yu) 2個(ge) 光振蕩周期的驅動激光脈衝(chong) ，通過調節驅動激光的空間相位分布和原子偶極相位的空間分布，可以令不同量子軌道產(chan) 生的高次諧波在光譜中完全分開。圖1為(wei) 他們(men) 獲得的長短軌道對應的高次諧波隨驅動激光場載波包絡相位CEP的調節變化而變化的實驗結果，其中A、B、C對應驅動激光場的不同半周期激發出的高次諧波輻射分布角，所對應的長短軌道隨發散角而分開，這樣就形成了一個(ge) 高次諧波譜到量子軌道的全映射圖，通過該圖也可以找到不同軌道對應的高次諧波光譜。這樣通過改變驅動激光的CEP，就實現了利用激光場對長短軌道的控製。圖2為(wei) 長短軌道高次諧波譜的理論模擬與(yu) 實驗結果對比圖。

　　由於(yu) 驅動激光的時空分布、電子波包的時空演化和物質內(nei) 部的結構信息通過碰撞過程被傳(chuan) 遞到高次諧波中，高次諧波的光譜也直接映射了電子的量子軌道信息，因此該研究結果對於(yu) 深入了解高次諧波光譜所反映的物理圖像，促進其在阿秒物理、原子分子物理和凝聚態物理等學科中的應用都有著重要意義(yi) 。

　　該工作得到國家重大研究計劃（量子調控）項目、自然科學基金項目和中科院科研裝備項目的支持。

　　論文信息：P. Ye, X.-K. He, H. Teng*, M.-J. Zhan, S.-Y. Zhong, W. Zhang, L.-F. Wang, and Z.-Y. Wei*. Full Quantum Trajectories Resolved High-Order Harmonic Generation. Phys. Rev. Lett. 113, 073601 (2014).

圖1. 全量子軌道分辨高次諧波空間分布隨不同載波包絡相位變化的關(guan) 係

圖2. 理論模擬與(yu) 實驗測量結果比較圖，（a）理論模擬，（b）實驗測量