单脉冲电离极短时间自测量方案的制作方法

本发明涉及的是测量时间延迟的一种方法，具体涉及一种单脉冲电离极短时间自测量方案。

背景技术：

自然界中存在许多超快过程，例如：在实验中的时间范围内追寻电子的轨迹、在化学反应过程中观测化学键的形成和断裂，或者是观测电子如何从原子或分子中电离出去等等。若要研究原子分子或者凝聚态物质中的电子的动力学行为，就需要亚飞秒级别，甚至是阿秒时间精度的激光脉冲。但因为载波包络相位不容易控制，激光强度不确定，目前已经可以产生脉宽只有几个光学周期的红外激光脉冲以及百阿秒的极紫外激光脉冲(extremeultraviolet,xuv)，而且通过极紫外激光脉冲产生的阿秒脉冲只能测量单光子电离化过程，且激光需要叠加多个频率。本设计在理论上，我们通过半经典统计方法，实现了利用单色场对多光子离子化过程中不同的光发射途径进行了分离，提供了能测量时间延迟的另一种方法。

综上所述，本发明设计了一种单脉冲电离极短时间自测量方案。

技术实现要素：

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种单脉冲电离极短时间自测量方案，利用大功率激光器得到电子动量谱，从动量谱中提取到阿秒为单位的时间量，将该技术应用到原子、分子、纳米结构以及固体表面上就能够探测一些超快过程的极短时间。另外还能研究原子分子或者凝聚态物质中的电子的动力学行为的极短时间。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：单脉冲电离极短时间自测量装置，包括激光器、上端探测器、下端探测器和靶原子室，激光器右侧设置有盛放实验材料原子的靶原子室，激光器开启稳定之后，靶原子室通过喷嘴每次将单个原子喷射出来，左边的激光器打出一束超短激光脉冲，在激光脉冲的作用下，原子被电离成电子和离子，在装置中磁场的作用下，电子向上运动，离子向下运动，在经过一段距离之后到达上探测器和下探测器之间，探测器可以探测出电子到达时的速度px和pz，然后根据px和pz的大小做出电子动量谱。

所述的激光器的激光场激发出来的电场的形式为：e0表示激光场强度，ω表示激光场的频率，表示激光场的载波包络相位。

单脉冲电离极短时间自测量方法：

1、若干个动量谱中的每一张动量谱都是由电子波包干涉形成的，每一个单个的电子最后都有一个通过探测器探测得到的能量，对相同的载波包络相位中的电子进行判断，将电子能量由低到高排列，相同能量的电子在一起产生干涉，最后对每一组载波包络相位的计算结果数据都进行这样的处理，就可以得到横轴表示电场载波包络相位，纵轴表示电子末能量的电子动量谱图；

2、再单独分离出每一阶的ati和边带，对ati和边带单独进行拟合。拟合的函数是一个正弦或者余弦的函数拟合的结果是可以获得拟合函数的相位将每一阶ati或者边带的拟合相位转换成以阿秒为单位的时间量，将每一阶ati或者边带的时间量作在同一张图中就可以得到时间延迟图，图中的横坐标表示电子的末能量，纵坐标表示延迟时间。

本发明的有益效果：利用大功率激光器得到电子动量谱，从动量谱中提取到阿秒为单位的时间量，将该技术应用到原子、分子、纳米结构以及固体表面上就能够探测一些超快过程的极短时间。另外还能研究原子分子或者凝聚态物质中的电子的动力学行为的极短时间。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明的实验装置示意图；

图2为本发明的电子动量谱图；

图3为本发明的时间延迟图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参照图1-图3，本具体实施方式采用以下技术方案：单脉冲电离极短时间自测量装置，包括激光器(激光功率在太瓦量级)1、上端探测器2、下端探测器3和靶原子室4，激光器1右侧设置有盛放实验材料原子的靶原子室4，激光器开启稳定之后，靶原子室4通过喷嘴每次将单个原子喷射出来，左边的激光器1打出一束超短激光脉冲，在激光脉冲的作用下，原子被电离成电子和离子，在装置中磁场的作用下，电子向上运动，离子向下运动，在经过一段距离之后到达上探测器2和下探测器3之间，探测器可以探测出电子到达时的速度px和pz，然后根据px和pz的大小做出电子动量谱。

实验中激光场激发出来的电场的形式为：e0表示激光场强度，ω表示激光场的频率，表示激光场的载波包络相位。例如800nm的激光对应产生2.7飞秒的脉冲,其计算公式为：t＝λ/c,其中λ为波长，c为光速。实验中保持其他参量相同，只是通过控制电场的载波包络相位的大小可以得到不同的动量谱(改变载波包络相位的方法是通过使用光学波片来完成)，将载波包络相位从0到2π每隔0.1π变化一次即可得到20组不同的动量谱。图2选取了载波包络相位分别为0，0.52π以及0.96π的动量谱图，从图中可以看到不同载波包络相位所对应的动量谱具有明显的不对称性。

对得到的20组动量谱数据进行处理，处理的目的就是将20组动量谱按照载波包络相位和电子最后的末能量组成一张能量-载波包络相位图，其中横轴表示对应的载波包络相位，纵轴表示电子最后的能量，图的颜色表示电子电离几率大小。

整个过程的处理方法就是：20张动量谱中的每一张动量谱都是由电子波包干涉形成的，每一个单个的电子最后都有一个能量(通过探测器探测得到)，对相同的载波包络相位中的电子进行判断，将电子能量由低到高排列，相同能量的电子在一起产生干涉，最后对每一组载波包络相位的计算结果数据都进行这样的处理，就可以得到横轴表示电场载波包络相位，纵轴表示电子末能量的能量图(图2)。

从实验数据处理得到的图2中，可以很明显的看到一条条的亮条纹，分别表示ati和边带。再单独分离出每一阶的ati，对ati单独进行拟合。拟合的函数是一个正弦或者余弦的函数拟合的结果是可以获得拟合函数的相位将每一阶ati的拟合相位转换成以阿秒为单位的时间量。转换方法为:拟合得到的相位除以频率得到时间量，具体等式如(1)式所示。

将每一阶ati的时间量作在同一张图中就可以得到如图3所示的时间延迟图，图中的横坐标表示电子的末能量，纵坐标表示延迟时间。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。