中佛罗里达大学的研究人员正在让所有学科的研究人员更容易接触到阿秒科学的前沿领域。

今天发表在《科学进展》杂志上的一项新研究详细介绍了他们帮助开拓该领域的方法。

阿秒是十亿分之一秒，以阿秒精度进行测量的能力使研究人员能够在自然时间尺度上研究原子和分子内部电子的快速运动。

测量这种快速运动可以帮助研究人员了解光如何与物质相互作用的基本方面，这可以为收集太阳能发电、检测化学和生物武器、进行医疗诊断等工作提供信息。

“阿秒科学的主要挑战之一是它依赖于世界一流的激光设备，”UCF 物理系助理教授兼该研究的首席研究员 Michael Chini 说。 “我们很幸运在 UCF 有一个，而且全世界可能还有十几个。但不幸的是，它们都不是真正作为’用户设施’运作的，其他领域的科学家可以进入并使用它们进行研究。”

奇尼说，这种缺乏访问权限给化学家、生物学家、材料科学家和其他可以从将阿秒科学技术应用于他们的领域中受益的人造成了障碍。

“我们的工作是朝着使阿秒脉冲更广泛可及的方向迈出的一大步，”奇尼说。

“我们展示了工业级激光器，可以从数十家供应商那里以大约 10 万美元的价格购买，现在可以用来产生阿秒脉冲。”

Chini 说设置很简单，可以与各种不同参数的激光器配合使用。

阿秒科学的工作原理有点像声纳或 3-D 激光测绘，但规模要小得多。当阿秒光脉冲穿过材料时，与材料中电子的相互作用会使脉冲失真。测量这些扭曲使研究人员能够构建电子的图像并制作其运动的电影。

通常，科学家使用需要大型实验室设施和洁净室环境的复杂激光系统作为阿秒科学的驱动激光器。

产生阿秒研究所需的极短光脉冲——基本上仅由电磁波的单个振荡周期组成——进一步需要通过充满惰性气体（如氙气或氩气）的管传播激光，以进一步及时压缩脉冲.

但是 Chini 的团队已经开发出一种方法，可以从更常用的工业级激光器中获取如此少周期的脉冲，而以前这种激光器只能产生更长的脉冲。

他们通过在管中使用分子气体（例如一氧化二氮）而不是惰性气体并改变它们通过气体发送的脉冲长度来压缩来自工业级激光器的大约 100 个周期的脉冲。

研究人员说，在他们的论文中，他们证明压缩只有 1.6 个周期，并且单周期​​脉冲在该技术范围内。

UCF 物理系博士生、该研究的主要作者 John Beetar 说，气体的选择和脉冲持续时间是关键。

“如果管中充满分子气体，特别是线性分子气体，由于分子倾向于与激光场对齐，效果会增强，”Beetar 说。

“然而，这种对齐引起的增强只有在脉冲足够长以引起旋转对齐并体验由它引起的影响时才会出现，”他说。 “气体的选择很重要，因为旋转对准时间取决于分子的惯性，为了最大化增强，我们希望这与我们的激光脉冲的持续时间一致。”

“与使用商业、工业级激光相关的复杂性降低可以使阿秒科学更容易接近，并且可以使几乎没有激光背景的科学家能够进行跨学科应用，”Beetar 说。