我國首個阿秒激光裝置正在建設(shè)中

2023/10/6 來源：東莞市懿展精密五金制品有限公司

有了“阿秒”，人們才得以順利看見了“光”
如果，物質(zhì)運(yùn)動得比分子還快，怎么辦？比如一閃而過的“光”。在“阿秒”誕生之前，僅僅靠著 “皮秒”和“飛秒”，人們還是看不見光。對于“快”的追逐，讓“阿秒”的誕生有了歷史性的意義。

科研人員曾不止一次應(yīng)為“追光”而獲得諾貝爾獎。1999年，亞米德·齊威爾因為“用飛秒光譜學(xué)對化學(xué)反應(yīng)過渡態(tài)的研究”獲得了諾貝爾化學(xué)獎。2018年，超強(qiáng)超短激光的啁啾脈沖放大技術(shù)(cpa) 就曾獲得諾貝爾物理學(xué)獎。今年“阿秒”的獲獎，更是讓人們對于“瞬間”的捕捉，精確到了10的負(fù)18次方秒。目前，世界上最短的單個阿秒光學(xué)脈沖是53阿秒和43阿秒。

這是一個非常短的時間單位，到底有多短呢？科研人員曾打過一個有趣的比方，1秒中光傳播的距離可以繞地球7.5圈，而1阿秒中光只能從水分子的一端傳播到另一端。換個角度，如果將1阿秒與1秒相比，相當(dāng)于將1秒與宇宙的年齡相比。

2004年，阿秒條紋相機(jī)誕生，人們得以順利捕捉“光”的存在。上�？萍即髮W(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院助理教授潘義明告訴記者，通過條紋照相技術(shù)，科研人員可以獲得阿秒脈沖信息，物質(zhì)內(nèi)部電子運(yùn)動的信息，驅(qū)動激光脈沖的電場信息。“我們可以看見‘光’，這是阿秒的能力，不是其他學(xué)科能夠替代的。”

“阿秒”成為了科研人員探索電子世界的新工具。“對于科研人員來說，阿秒研究勢在必得，有了阿秒，很多理科實驗中的相關(guān)原子尺度內(nèi)動力學(xué)過程會看的更加清楚，人們對于生物蛋白、生命現(xiàn)象、原子尺度等相關(guān)研究會更加精確。”潘義明說。

中科院物理研究所研究員魏志義認(rèn)為，相干光脈沖從飛秒進(jìn)步到阿秒，不單是時間尺度的簡單進(jìn)步，更重要的是將人們研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的能力，從原子分子運(yùn)動推進(jìn)到了原子內(nèi)部，可以對電子運(yùn)動和關(guān)聯(lián)行為進(jìn)行探測，從而引發(fā)了基礎(chǔ)物理研究的重大革命。精密測量電子的運(yùn)動，實現(xiàn)對其物理性質(zhì)的理解，進(jìn)而控制原子內(nèi)電子的動力學(xué)行為是人們追求的重要科學(xué)目標(biāo)之一。有了阿秒脈沖，我們就能測量甚至操縱單個微觀粒子，進(jìn)而對微觀世界，也就是一個被量子力學(xué)主宰的世界，進(jìn)行更基礎(chǔ)更具有原理性的觀察和描述。

雖然這一項研究距離普通大眾的距離還有些遙遠(yuǎn)，但“蝴蝶翅膀”的煽動，必將引發(fā)科研“風(fēng)暴”的來臨。在我國，阿秒激光相關(guān)的研究被納入國家重要發(fā)展方向，已經(jīng)建成的相關(guān)實驗系統(tǒng)及正在規(guī)劃的科學(xué)裝置，將為阿秒動力學(xué)的研究提供重要的創(chuàng)新手段，通過觀察電子運(yùn)動，成為未來時間分辨率范疇的最好“電鏡”。

據(jù)公開信息，在我國位于粵港澳大灣區(qū)的松山湖材料實驗室，正在規(guī)劃一臺阿秒激光裝置。據(jù)介紹，先進(jìn)阿秒激光設(shè)施由中科院物理所與中科院西光所共建、松山湖材料實驗室參與建設(shè)。通過高起點設(shè)計，建設(shè)具有高重復(fù)頻率、高光子能量、高通量及極短脈寬的多束線站，提供最短脈寬小于60as、最高光子能量可到500ev的超快相干輻射，并配備建設(shè)相應(yīng)的應(yīng)用研究平臺，建成后綜合指標(biāo)有望實現(xiàn)國際領(lǐng)先。