2023年诺贝尔物理学奖颁发给阿秒激光技术

2023年10月3日傍晚，2023年诺贝尔物理学奖正式揭晓，三位杰出科学家因其在阿秒激光技术领域的杰出贡献而获得了这一荣誉。阿秒激光，其名字来源于其特殊的时间尺度，即阿秒（attosecond），这一单位表示时间的极小刻度，为一秒钟的十亿亿分之一。

获奖者肖像。

图片来源：诺贝尔奖官方网站

阿秒：时间的微小尺度

要理解阿秒激光的独特之处，首先需要了解什么是阿秒。阿秒是时间的一种微小单位，相当于一秒钟的十亿亿分之一。将一秒钟的时间比喻成一座高山，那么阿秒就像是山脚下的一粒沙子。在如此短暂的时间内，甚至连光都只能穿越一个原子的尺寸。这种时间尺度之短，让我们可以观察并理解原子和分子中极快的电子运动，以及它们之间的相互作用。实际上，阿秒激光技术为科学家提供了一种窥探微观世界极速动态过程的工具，就像在电影中进行慢动作回放一样。

阿秒激光的特点

阿秒激光是一种超快激光，它的脉冲持续时间极短，通常仅在阿秒级别。这使得它能够产生极高的峰值功率，尽管单个阿秒激光脉冲的能量可能不是很大，但由于其极短的持续时间，峰值功率非常高。这一特性使得阿秒激光在研究微观世界的快速动态过程时具有独特的优势。

阿秒激光的分类

要了解阿秒激光在激光家族中的位置，我们可以将激光按照不同的分类方式进行划分。首先，根据波长的不同，激光可以分为紫外激光、可见光激光、红外激光等。阿秒激光通常工作在紫外至软X射线波段，因此其波长较短。其次，按照输出模式，激光可以分为连续波激光和脉冲激光，而阿秒激光则属于脉冲激光，其特点是脉冲持续时间非常短。再者，按功率分类，激光可以分为低功率、中功率和高功率激光，而阿秒激光因其超短脉冲时间而能够实现高峰值功率。

阿秒激光的应用领域

阿秒激光主要应用于科学研究领域，特别是在物理学和化学领域，用于研究微观世界中的超快动态过程。例如，在物理学中，阿秒激光可以用于观察和控制电子在原子和分子中的运动，研究它们的相互作用。在化学领域，它可以帮助科学家们理解分子之间的化学反应过程。此外，阿秒激光还在材料科学、生物学和医学研究等领域具有潜在应用前景，为研究人员提供了一种前所未有的工具来探索微观世界的奥秘。

阿秒激光的产生原理

阿秒激光的产生原理依赖于高次谐波生成（HHG）技术。首先，一束高强度的飞秒激光脉冲被聚焦到气体靶材上。在强激光场的作用下，气体原子的电子被暂时拉离原子核，进入自由电子状态。随着激光场的振荡，这些电子会在一段时间后返回并重新与原子核结合，形成新的高能量状态。在此过程中，电子以极高的速度运动，当它们与原子核重新结合时，会释放出其携带的额外能量，以高次谐波的形式发射出高能光子。

这些新产生的高能光子的频率是原始激光频率的整数倍，形成了高次谐波。为了获得阿秒激光，需要对这些高次谐波进行滤波和聚焦，选取特定的高次谐波，然后将它们集中到一点。如果需要，还可以通过脉冲压缩技术来进一步减短脉冲的持续时间，从而得到阿秒级别的超短脉冲。这一复杂的产生过程需要高度的技术水平和先进的设备支持。

通过这些简要的科普内容，我们希望更多人能够了解阿秒激光技术的重要性和潜力，以及它在科学研究中的广泛应用。阿秒激光的发展为我们解锁了微观世界的奥秘，也为未来的科学研究和技术创新带来了巨大的可能性。

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原文来源：LaserFair 激光制造网 LaserFair 激光制造网