2023年諾貝爾物理學(xué)獎授予皮埃爾·阿戈斯蒂尼 (Pierre Agostini)、費(fèi)倫茨·克勞斯 (Ferenc Krausz) 和安妮·盧利爾 (Anne L’Huillier)，“以表彰他們?yōu)檠芯课镔|(zhì)中的電子動力學(xué)而產(chǎn)生阿秒光脈沖的實(shí)驗(yàn)方法”。

阿秒是時間單位。毫秒是千分之一秒，更小的單位是微秒、納秒、皮秒、飛秒、阿秒、仄秒等，其中1阿秒相當(dāng)于10?1?秒。阿秒是人類真正在實(shí)踐層面計(jì)時的最短時間單位，阿秒光脈沖是什么呢？阿秒光脈沖是一種持續(xù)時間極短的光脈沖，其寬度小于1飛秒（10 -15 秒）。在這么短的時間內(nèi)，光只能傳播0.3納米，也就是3個緊緊排在一起的氫原子的長度。阿秒光脈沖具有極高的時間分辨率和空間分辨率，可以用來觀察和控制原子和分子內(nèi)部電子的運(yùn)動。

阿秒光脈沖又是如何產(chǎn)生的呢？要回答這個問題，我們需要先了解另一個概念：高次諧波。高次諧波是指當(dāng)強(qiáng)激光照射原子或分子時，產(chǎn)生的頻率比激光頻率高很多倍的光波。高次諧波可以看作是原子或分子對強(qiáng)激光場的非線性響應(yīng)，其頻率通常是激光頻率的整數(shù)倍。高次諧波具有很多優(yōu)良的特性，例如寬帶、相干、單色、可調(diào)節(jié)等。

高次諧波產(chǎn)生的機(jī)制可以用一個三步模型來描述：

第一步：當(dāng)強(qiáng)激光場作用于原子或分子時，外層電子會被拉出原子核的束縛，形成自由電子。這個過程叫做隧穿電離。

第二步：自由電子在強(qiáng)激光場中加速運(yùn)動，并獲得能量。這個過程叫做加速散射。

第三步：自由電子在強(qiáng)激光場中改變方向，并回到原來的原子或分子中。在這個過程中，電子會釋放出多余的能量，并形成一個高頻光子。這個過程叫做重組輻射。

通過這三步模型，我們可以看出，高次諧波產(chǎn)生過程中涉及了兩個關(guān)鍵因素：強(qiáng)激光場和自由電子。強(qiáng)激光場提供了足夠大的電場強(qiáng)度來使電子隧穿電離子，并使電子加速和重組，從而產(chǎn)生高頻光子。自由電子則是高次諧波產(chǎn)生的載體，它的運(yùn)動軌跡和速度決定了高頻光子的頻率和相位。因此，如果能夠精確地控制強(qiáng)激光場和自由電子的相互作用，就能夠產(chǎn)生具有特定頻率和相位的高次諧波。

審核編輯：劉清