Новости науки | ||
15.03.01. Как измерить длительность сверхкороткого импульса? | ||
В настоящее время лазеры с длительностью импульса порядка нескольких
десятков - сотен фемтосекунд (1 фс = 10-15 c) являются мощным
рабочим инструментом научных исследований. Более того, уже предложены
различные способы
генерации импульсов аттосекундной (!) длительности (1 ас = 10-18
c). Но складывается до известной степени курьезная ситуация: проведенные
эксперименты не дают прямого ответа на вопрос, действительно ли получены
импульсы с длительностью меньше
фемтосекунды. Дело в том, что временное разрешение существующих методик
ограничено несколькими фемтосекундами. В теоретической работе [1] предложен
новый способ измерения длительности сверхкоротких импульсов, позволяющий
преодолеть фемтосекундный рубеж.
Еще в 1987 году были получены лазерные импульсы длительностью 6 фс,
однако принципиальные ограничения не позволяют продвинуться в аттосекундную
область для света в видимом диапазоне спектра. Зато генерация аттосекундных
импульсов вполне возможна в дальнем ультрафиолете - мягком рентгене.
Как же измерить длительность подобного
неимоверно короткого импульса? В работе [1] рассматривается следующий
механизм. При действии мощного (порядка 1015 Вт/см2)
короткого (несколько фемтосекунд)
импульса на "газовую мишень" при "конвертации" части электромагнитной
энергии из ближней инфракрасной или видимой в дальнюю ультрафиолетовую
область спектра происходит генерация аттосекундного импульса, который
выделяется с помощью набора фильтров или зеркал.
Аттосекундный импульс и "остаточный" мощный фемтосекундный лазерный
импульс фокусируются на однократно ионизованную He плазму. Мощное
электрическое поле фемтосекундного импульса (в максимуме напряженность поля
E > 109 В/см) подавляет кулоновский барьер и
высокоэнергетичные фотоны аттосекундного импульса в подобных
условиях могут выбить второй электрон, превратив He+ в
He++ (рис.1). Если время прихода аттосекундного импульса
совпадает с временем прихода максимума фемтосекундного импульса,
то выход дважды ионизованного гелия будет максимален.
Если же аттосекундный импульс приходит в заданную точку "с опозданием" на
четверть оптического периода фемтосекундного импульса, когда напряженность
поля E = 0, то выход He++ минимален
(т.к. аттосекундный импульс имеет ненулевую протяженность и,
соответственно, частично "захватывает" область достаточно высокого поля, то
ионизация, хотя и менее интенсивная, все же будет происходить). Очевидно,
что чем короче аттосекундный импульс, тем более он "сосредоточен"
в области с нулевым полем и,
соответственно, тем меньше будет выход He++. Поэтому, измеряя
отношение количества ионов He++, созданных в двух описанных
случаях, можно определить длительность аттосекундного импульса.
Для конкретных параметров импульсов, рассмотренных в [1], и
гелия в качестве газа-мишени, подобный способ дает возможность измерять
длительность импульсов до 400 ас. Однако при иных значениях параметров
(рентгеновские фотоны, другой газ в
ачестве мишени) достижимое временное разрешение методики может быть улучшено
в несколько раз.
1. Armin Scrinzi, Michael Geissler, Thomas Brabec. Phys.Rev.Lett.
v.86, p.412 (2001).
| ||
|