IT之家（問舟）

IT之家 10 月 3 日消息，2023 年諾貝爾物理學獎宣布授予皮埃爾?阿戈斯蒂尼 (Pierre Agostini)、費倫茨?克勞斯 (Ferenc Krausz) 和安妮?盧利爾 (Anne L'Huillier)，以表彰他們“為研究物質中的電子動力學而產生阿秒光脈沖的實驗方法”。

官方表示，“他們的貢獻使人們能夠研究以前無法跟蹤的極短過程”，而 1100 萬瑞典克朗（IT之家注：約合 730 萬元人民幣）的獎金將由三位獲獎者平分。

瑞典皇家科學院表示，三位物理學家“展示了一種制造極短光脈沖的方法，可用于測量電子移動或能量變化的快速過程”，這“為人類探索原子和分子內部的電子世界提供了新的途徑”。

由于人們對世界觀察的時間尺度達到了阿秒（as，即 10-18 s）量級，人們可觀察的空間分辨也能夠達到原子尺度（0.1 nm）和亞原子尺度（例如括分子鍵的斷裂與重組）。

在這樣的時間和空間尺度范圍內，人們對生物、化學和物理的研究邊界也變得不斷模糊，因為這些微觀現(xiàn)象的根源在于電子的運動。

因此，阿秒光脈沖應運而生。阿秒脈沖激光的出現(xiàn)被認為是激光科學歷史上最重要的里程碑之一，應用前景難以估量，目前已經成為物理、化學、生物等眾多領域重要的研究手段。

簡單來說，我們一般根據(jù)發(fā)光持續(xù)時間的長短將激光分為連續(xù)激光和脈沖激光，其中脈沖激光工作方式是在一個個間隔的小時間段內發(fā)射光脈沖，其峰值功率很高。

隨著激光技術的不斷發(fā)展，激光的脈沖寬度也在不斷縮小。2001 年，費倫茨?克勞斯研究組在實驗上成功地利用氣體高次諧波產生了脈寬為 650 as 的單個光脈沖，使光脈沖寬度首次達到阿秒量級，再后來其寬度不斷突破，例如我國西安光機所在 2021 年就獲得了 75 as 的阿秒光脈沖產生與測量結果。

說到這里大家應該就已經理解了一半，阿秒光脈沖就是一種發(fā)光持續(xù)時間極短的光脈沖，其脈沖寬度小于 1 fs（飛秒，即 10-15 s）。

值得一提的是，目前阿秒脈沖激光主要也是由飛秒激光（也稱超快超強激光）作用于惰性氣體而產生的高次諧波所形成的。

阿秒光脈沖的出現(xiàn)使人們能夠結合阿秒量級的超高時間分辨率和原子尺度的超高空間分辨率，實現(xiàn)對原子-亞原子微觀世界中的極端超快過程的控制和了解的夢想。

鑒于其巨大的潛在應用價值，美國、歐洲、日本等將阿秒激光技術列為未來 10 年激光科學發(fā)展最重要的發(fā)展方向之一。

在阿秒光脈沖出現(xiàn)之前， 產生超短脈沖激光的理論基礎一直是愛因斯坦的能級躍遷受激輻射。根據(jù)受激輻射理論，處于束縛能級上的電子只能在原子核附近運動，所儲存的能量有限。一般上下兩能級躍遷所發(fā)射光子對應的波長都處在可見光附近，可見光一個光學周期一般 都在 1 fs 以上，顯然難以用來進一步產生更短的阿秒光脈沖。

目前，人們多將阿秒光脈沖應用于研究原子和分子中的超快電子動力學，關于原子的物理現(xiàn)象主要是原子內電子電離、多電子俄歇衰變、電子激發(fā)弛豫和成像等，而關于分子的研究主要是分子的解離過程和控制、分子的振動和轉動與超快電子運動的耦合等。

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