由国立科学研究所(INRS)的Tsuneyuki Ozaki教授和François Légaré教授领导的国际研究团队开发了一种特殊的方法增强了产生极紫外光脉冲的激光源的功率。新观察到的现象的潜在机制涉及到暗自电离态通过与其他相关电子态的耦合所扮演的独特角色。得益于这项工作，该研究团队将能够在飞秒时间尺度上研究单个暗自电离态的超快动力学，而之前由于其无法进行单光子发射或吸收，此外这些态的寿命非常的短，这种超快动力学过程是不可能的观察的。

 

       该研究团队产生的超快极紫外激光可以应用于先进的超快科学领域，例如角分辨光电子能谱和光电子显微镜，这项研究成果已经发表在《Physical Review Letters》期刊上。该工作是与俄罗斯科学院普罗霍罗夫普通物理研究所的Vasily Strelkov教授和美国内布拉斯加大学林肯分校的研究助理教授Muhammad Ashiq Fareed合作完成的。

 

 

由加拿大国立科学研究所 (INRS) 的Tsuneyuki Ozaki教授和François Légaré教授领导的国际研究团队开发了一种特殊的方法增强了产生极紫外光脉冲的激光源的功率。图片来源：INRS

 

揭开暗自电离态的奥秘

 

       在能源材料电信研究中心的实验室中，Tsuneyuki Ozaki教授、François Légaré教授和Mangaljit Singh博士一直致力于开发特殊类型的电子态，这种态被称为暗自电离态。他们的工作是利用高次谐波完成的，这是一种激光物理学中非常常见的光学现象。该研究的第一作者 Mangaljit Singh博士说：“新发表的结果不仅在理解超强超快激光与物质相互作用下暗自电离态的行为方面向前迈出了一步，而且将一般由大型同步加速器和自由电子激光装置才能产生的超强极紫外激光源带到了中等规模的激光实验室中”。

 

       激光物理的基本原理限制了激光在医学、通信或工业中的使用。同样地，激光器往往只在紫外、可见光（从紫色到红色）或不可见的近红外和中红外波长范围内工作。然而，许多先进的科学应用需要激光器在极紫外范围内甚至更短的波长工作。最先进的激光系统是采用商用初级激光源从惰性气体中产生高次谐波以开发相干极紫外光的二次光源。

 

       在这项研究中，Singh博士及其同事通过利用激光烧蚀喷流（从激光烧蚀的固体材料中获得）代替惰性气体来产生与暗自电离态的独特响应同步的高次谐波。他们发现，在某些共振条件下，通过调节激光主要参数和激光剥蚀喷流中原子和离子种类的电子结构，能够使得极紫外激光源的转换效率和功率增加超过十倍。这意味着只有典型惰性气体中的十分之一的激光功率，就能获得相同强度的极紫外光源。

 

       除了提供超强的极紫外光源外，这项研究还首次展示了利用高次谐波光谱技术在飞秒时间尺度研究暗自电离态动力学的前景。这种暗态可能是多种量子技术的基础，特别是在提高量子计算性能方面。

 

       消息来源：https://phys.org/news/2023-03-exploiting-dark-autoionizing-states-extreme.html

 

       [1]Mangaljit Singh et al, Ultrafast Resonant State Formation by the Coupling of Rydberg and Dark Autoionizing States, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.073201