专利名称：一种测量阿秒脉冲脉宽的方法
技术领域：
本发明涉及一种测量阿秒脉冲脉宽的方法。
技术背景随着超快技术的发展，强激光脉冲不断地縮短，其脉宽已达到光周期量级。这种周期量级激光脉冲(5飞秒左右)与原子相互作用使 得更短脉冲的产生又有了一个新的突破，己实现了单个的阿秒脉冲。 阿秒脉冲可以实现原子和分子内电子运动的实时测量和控制，从而近 几年来吸引了越来越多的关注。单阿秒脉冲已经被用于观测原子内核 层的演化过程，电子隧道电离和控制高次谐波的产生。所有的这些应 用都依赖于单阿秒脉冲，因此对于阿秒脉冲的测量非常重要。目前，测量阿秒脉冲的方法大致有以下两种方案(l)采用自相 关技术；(2)采用交叉相关技术。其中，由于阿秒脉冲的强度较低， 而且在超紫外区域，测量所需的非线性现象缺乏，所以使用自相关方 法测量单阿秒脉冲仍然面临许多困难。使用相关交叉技术是目前测量 单阿秒脉冲的比较普遍的方法，这种方法使用飞秒激光作为参考时 间，通过拟合光电子谱随相位变化的能量漂移或展宽来得到阿秒脉冲 的脉宽，这种方法非常复杂，不仅要求一系列的光电子谱，而且需要 大量的拟合计算。到目前为止，光电子谱和单阿秒脉冲之间的直接的 量子关系还没有建立。发明内容本发明的目的在于提供一种测量阿秒脉冲脉宽的方法，操作简 单，计算量小，测量精度高。一种测量阿秒脉冲脉宽的方法，包括以下步骤
(4) 将由激光和阿秒脉冲构成的合束光聚焦在稀有气体上，经过 单光子电离形成包含阿秒脉冲信息的光电子信号；
(5) 采集光电子信号，得到光电子谱；
(6) 利用光电子谱和阿秒脉冲的关系公式对光电子谱进行分析， 得到阿秒脉冲的脉宽；
所述关系公式具体为<formula>formula see original document page 4</formula>
采用原子单位，其中，A^为光电子能谱谱宽，有质动力能t;=《，
五为激光场振幅，e为电子电量，叫为激光场角频率，、为阿秒脉冲 脉宽，电子的初始能量丄。二p—/。， p为阿秒脉冲的角频率，/。为原子 的电离能。
本发明建立光电子谱和阿秒脉冲之间的直接关系，通过测量光电 子谱宽来获得阿秒脉冲的脉宽。该方案简化了测量方法，仅需要测量 一个光电子谱，另外避免了拟合计算，测量方法更加简单精确。
图1为本发明原理示意图2为实例一对应的光电子谱宽与阿秒脉冲脉宽关系图及光电 子能谱图，图2 (a)光电子谱宽与阿秒脉冲脉宽关系图，图2 (b) 为光电子能谱图3为实例二对应的谱宽与阿秒脉宽关系图。
具体实施实例
图1为本发明原理示意图"其中虚线表示激光场，实线表示阿秒 脉冲，下面结合实例和附图对本发明作进一步说明。实例一
采用的稀有气体为氦气，激光强度为8xl0'3fTcm-2，波长为800nm。 阿秒脉冲强度为5x1012,^2，(阿秒脉冲)角频率为3.42a,u.。激光场
通过单光子电离将阿秒脉冲转化成光电子信号，采集光电子信号得到
包含阿秒脉冲信息的光电子谱。建立光电子谱和阿秒脉冲之间的精确
的关系，如上述关系公式所示，该公式中用的是原子单位，其中M表 示光电子能谱的谱宽，有质动力能t;=《，￡为电场振幅，叫为激
"4"02
光场的角频率，e为电子电量，、为阿秒脉冲的脉宽，电子的初始能 量丄。二p—/。， p为阿秒脉冲的角频率，/。为原子的电离能。为了验证 本发明的正确性，同时使用解含时薛定谔方程进行测量用于与本发明
测得结果比较，图2为阿秒能谱图及光电子谱宽与阿秒脉冲脉宽关系 图，其中，图2(a)由解含时薛定谔方程得到的光电子谱图，图2(b)中 的点线和实线分别是由解含时薛定谔方程和本发明中的方法得到阿 秒脉宽与光电子谱宽关系图。
参考图2(b)中实线表示的曲线，当测到某一光电子谱宽时，则可 以由曲线得到对应的阿秒脉冲脉宽。比如，实验中测到光电子谱宽为 37.5eV，对应于图2(b)中C点，则可以由关系公式得到的图中读出阿 秒脉宽为300as。为了检验该方法的准确性，我们用通过解含时薛定 谔方程来模拟得到光电子谱图，如图2(a)所示，当谱宽为37.5eV(光 电子谱的半高宽)，则对应于图2(a)中所示的A、 B两点之间的谱宽， 由解含时薛定谔方程模拟的结果可以得出，其对应的阿秒脉冲为 300as。由此可知，两种不同的方法得到的结果符合的相当好的，说明了该方法的正确性。相比解含时薛定谔方程，本发明操作更简单，
计算量更小。
实例二
采用的稀有气体为氦气，激光强度为5xlO"『cm-2 ，波长为 1600nm，阿秒脉冲强度为5xlO'2『cw-2 ，(阿秒脉冲)角频率为3.42a.u。 激光场通过单光子电离将阿秒脉冲转化成光电子信号，最终的光电子 谱继承了阿秒脉冲的信息。根据关系公式得到如图3中实线表示的曲 线，图3中的点线和实线分别是由解含时薛定谔方程和本发明中的方 法得到的光电子谱图和阿秒脉宽与光电子谱宽关系图，在实验中测到 的光电谱宽，则可以由图3曲线得到对应的阿秒脉冲脉宽。通过对比， 两种不同方法得到的结果一致。
权利要求
1、一种测量阿秒脉冲脉宽的方法，包括以下步骤(1)将由激光和阿秒脉冲构成的合束光聚焦于稀有气体，经过单光子电离形成包含阿秒脉冲信息的光电子信号；(2)采集光电子信号，得到光电子谱；(3)利用光电子谱和阿秒脉冲的关系公式对光电子谱进行分析，得到阿秒脉冲的脉宽；所述关系公式具体为<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>ΔE</mi><mo>=</mo><mn>2</mn><msqrt> <msub><mrow> <mn>8</mn> <mi>U</mi></mrow><mi>p</mi> </msub> <msub><mi>L</mi><mn>0</mn> </msub></msqrt><mi>sin</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>ω</mi><mn>0</mn> </msub> <msub><mi>τ</mi><mi>x</mi> </msub> <mo>/</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>≈</mo><msqrt> <mn>8</mn> <msub><mi>U</mi><mi>p</mi> </msub> <msub><mi>L</mi><mn>0</mn> </msub></msqrt><msub> <mi>ω</mi> <mn>0</mn></msub><msub> <mi>τ</mi> <mi>x</mi></msub><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0001" file="A2008100485230002C1.tif" wi="73" he="7" top= "77" left = "83" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>公式采用原子单位，其中，ΔE为光电子能谱谱宽，有质动力能<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>U</mi> <mi>p</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <msup><mi>eE</mi><mn>2</mn> </msup> <msup><msub> <mrow><mn>4</mn><mi>ω</mi> </mrow> <mn>0</mn></msub><mn>2</mn> </msup></mfrac><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0002" file="A2008100485230002C2.tif" wi="20" he="9" top= "88" left = "150" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>E为激光场振幅，e为电子电量，ωO为激光场角频率，τx为阿秒脉冲脉宽，电子的初始能量LO＝p-IO，p为阿秒脉冲的角频率，IO为原子的电离能。
全文摘要
一种测量阿秒脉冲脉宽的方法，包括以下步骤1)将由激光和阿秒脉冲构成的合束光聚焦在稀有气体上，经过单光子电离形成包含阿秒脉冲信息的光电子信号；2)采集光电子信号，得到光电子谱；3)利用光电子谱和阿秒脉冲的关系公式对光电子谱进行分析，得到阿秒脉冲的脉宽。本发明建立光电子谱和阿秒脉冲之间的直接关系，通过测量光电子谱宽来获得阿秒脉冲的脉宽，该方案简化了测量方法，避免了大量拟合计算，测量结果精确。
文档编号G01J11/00GK101334318SQ20081004852
公开日2008年12月31日 申请日期2008年7月25日 优先权日2008年7月25日
发明者兰鹏飞, 芳 李, 杨振宇, 王少义, 陆培祥 申请人:华中科技大学