Одним из самых заметных научных достижений наступившего тысячелетия был переход в аттосекундный временной диапазон. Недавно французским и голландским ученым удалось определить время, разделяющее приход генерирующего фемтосекундного импульса в область генерации и уход генерируемого аттосекундного импульса.

Одним из самых заметных успехов физики в начале нового тысячелетия явился прорыв в области генерации ультракоротких импульсов электромагнитного излучения (длительностью менее одной фемтосекунды). Это сделало возможным рождение новой области физики - аттофизики (приставка атто обозначает 10^-18), - посвященной исследованию быстропротекающих физических процессов с аттосекундными временным разрешением (см. заметку "Первые шаги аттофизики" ). Помимо решения проблемы собственно генерации аттосекундных импульсов излучения (она происходит при воздействии мощного импульса лазерного излучения ближнего инфракрасного диапазона на струю благородного газа), переход в новый временной диапазон потребовал решения множества других задач. Например, нужно было научиться определять длительность аттосекундных импульсов (см. нашу новость ) - существовавшая экспериментальная техника позволяла работать только с импульсами длиной не менее нескольких фемтосекунд. В настоящее время установлено, что удается генерировать импульсы коротковолнового излучения длительностью до 250 ас, и уже идут первые эксперименты по использованию аттосекундных импульсов в качестве инструмента исследований (см. упомянутую выше заметку).

Рис.1. Спектр фотоэлектронов; на вставке изображены различные пути генерации дополнительных двухфотонных пиков (sideband).

Одной из остававшихся до недавнего момента неясностей была величина задержки между приходом импульса накачки и формированием аттосекундного импульса. Эксперименты французских и голландских ученых [1] позволили определить это время. Для того, чтобы выяснить, сколь велика такая задержка, исследователи использовали следующую схему. Импульс инфракрасного лазерного излучения (использовался титан-сапфировый лазер с длиной волны 800 нм) делился на две части - мощный импульс накачки и гораздо более слабый пробный импульс. Импульс накачки (плотность мощности излучения в фокусе порядка10¹⁴ Вт/см²) воздействовал на струю атомов аргона для генерации коротковолнового излучения (аттосекундных импульсов). После прохождения струи аргона импульс накачки практически полностью "отсекался" с помощью диафрагмы (и пробный импульс, и сгенерированные аттосекундные импульсы имеют гораздо меньшую расходимость), после чего коротковолновое излучение вместе с пробным импульсом фокусировались на второй струе аргона. При этом происходила ионизация атомов аргона и с помощью время-пролетных измерений (по времени пролета от места рождения до детектора) регистрировалась энергия фотоэлектронов (см. рис. 1).

Аттосекундный импульс содержит набор квантов с частотами, кратными частоте генерирующего импульса (происходит генерация нечетных гармоник). Поэтому в спектре фотоэлектронов присутствуют выраженные пики, связанные с ионизацией атомов квантами с энергией, соответствующей энергии определенных нечетных гармоник (13-ой, 15-ой, 17-ой...). Однако помимо них в спектре присутствуют и дополнительные пички, связанные с двухфотонной ионизацией, обусловленной комбинацией высокоэнергетичного и инфракрасного фотона (различные возможные пути генерации "двухфотонных пиков" показаны на рис.1). Интенсивность таких двухфотонных пиков зависит от того, в каких фазах коротковолновое (аттосекундный импульс) и инфракрасное (пробный импульс) излучение оказываются в месте ионизации.

Варьируя время задержки между импульсом накачки и пробным импульсом, а также зная геометрию эксперимента, определяющую время распространения импульсов, ученые наблюдали за изменением интенсивности дополнительных пиков. Это позволило им сделать вывод о том, какое время проходит между приходом очередного максимума электрического поля импульса накачки в область генерации и уходом из области генерации максимума сгенерированного аттосекундного импульса (см. рис.2). Оказалось, что при данных условиях эксперимента величина задержки составляет 190 ас (длительность аттосекундного импульса немного превышала 250 ас).

1. L.C.Dinu, H.G.Muler, S.Kazamias et al. Phys.Rev.Lett., v.91, 063901 (2003).

Е.Онищенко