阿秒脉冲的波形整形

飞秒激光的出现为科学家提供了一个了解分子系统进行化学反应时，如何从反应物转化为产物的超快时间窗口。关于超快激光的下一个前沿领域涉及使用阿秒脉冲研究化合价和核电子在固有时间尺度上的运动。

目前，一个国际合作的研究团队通过控制和整形由自由电子激光器产生的阿秒脉冲的波形，实现了阿秒物理学的里程碑式进展（Nature，doi：10.1038 / s41586-020-2005-6）。这种阿秒脉冲的幅度和相位控制为研究原子，分子，纳米结构和固体中的超快电子动力学过程开辟了无数的实验可能性。

阿秒脉冲的电场整形

自由电子激光方法

以前，人们只能通过产生高次谐波（HHG）的非线性过程来产生阿秒脉冲。这种方法用可见光和近红外光谱范围内的强飞秒激光脉冲聚焦在一个密集的原子气体射流内，该气体射流随后发出驱动辐射的奇次谐波。这些谐波的相干叠加导致一系列的阿秒脉冲。

研究人员尝试了几种修整这些阿秒波形的方法，但是所有方法都无法控制谐波之间的相对相位。本文决定采用完全不同的方法，即使用位于意大利的里雅斯特FERMI设施的自由电子激光器产生的极紫外脉冲产生阿秒脉冲。

“我们的目标是将由HHG领域在过去20年中开发的阿秒工具箱进一步发展，实现基于自由电子激光的阿秒激光源。”德国弗赖堡大学的研究人员Giuseppe Sansone说，“这些阿秒源具有显著优势，包括高的单脉冲能量以及对阿秒脉冲特性（例如脉冲持续时间和相位）的出色控制。”

谐波重叠

FERMI的早期实验使用该设施的自由电子激光成功创建了飞秒脉冲，但缺乏相干控制。在2016年，该团队使用FERMI提供的波动器演示了两个谐波的相干性。 Sansone和他的同事的新挑战将是产生四个相位相干的谐波，这些谐波在时间上重叠以形成阿秒脉冲。Sansone表示，我们可以使用不同的振荡器产生不同的谐波，此外，我们还可以控制谐波之间的相对相位。但是，对于基于HHG的阿秒脉冲，这是不可能的。因此，在自由电子激光器上产生阿秒脉冲在原理上与控制其形状的能力有关。

自由电子激光器不仅产生高强度的阿秒脉冲，而且其脉冲的振幅和相位可以独立地被控制和整形。最后，研究人员使用一种称为RABITT（通过双光子跃迁的干涉重建阿秒跳动）的技术来表征谐波之间的相对相位，并对其进行了修改以适应自由电子激光器的限制。

FERMI面向未来阿秒脉冲研究

未来，Sansone和他的同事们希望充分利用FERMI产生的阿秒脉冲的独特功能来进行时间分辨的原子和分子研究。特别地，研究人员将目光投向了利用微焦耳量级的每个脉冲的高能量在时间上进行非线性的阿秒实验。