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[材料资讯] 上海高研院江玉海课题组PRL:XUV自由电子激光“外衣”下的原子新现象研究取得进展

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发表于 2019-10-18 16:50:09 | 显示全部楼层 |阅读模式
中国科学院上海高等研究院研究员江玉海和德国海德堡马普所合作,发现强XUV自由电子激光场中原子双激发态电子结构变化新现象,相关结果以Strong-Field Extreme-Ultraviolet Dressing of Atomic Double Excitation 为题发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上,文章被编辑推荐(Editors' Suggestion)和同时入选APS physics精选论文“Featured in Physics”。
  强XUV激光照射一个原子,原子的电子结构会受到“扭曲形变”,这种变化对认识探索强激光与物质在最基本层面上的相互作用是非常有意义的。研究人员利用XUV自由电子激光操纵氦原子中双激发态,首次发现它受到激光场强度变化影响而产生改变的一些特殊规律,继而认识到通过外场激光调控物质中电子对快速演化以及强关联规律(如下图所示),对未来研究强场材料物理和物理化学等学科有着重要的科学意义。

XUV自由电子激光

XUV自由电子激光
  实验主要由德国海德堡马普所组织,通过和上海高研院合作,在德国汉堡FLASH光源上完成,研究标注感谢了国家自然科学基金重点合作与交流项目和国家自然科学基金重大仪器研制项目的支持。该工作不仅让研究人员掌握了国际先进技术,对正在进行中的上海SFEL光源建设以及未来将开展的科学研究方向也有重要的指导作用。
       论文链接


      自由电子激光是利用自由电子为工作媒质产生的强相干辐射,它的产生机理不同于原子内束缚电子的受激辐射。自由电子激光的概念是John M. J. Madey于1971年在他的博士论文中首次提出的。自由电子激光是激光家族的一个新成员。由于它的工作介质是自由电子,因此称为自由电子激光。这种激光的特点是激光波长和脉冲结构可以根据需要进行设计,并且能够在大范围内连续调节,有着重要的应用前景。自由电子激光是利用自由电子为工作媒质产生的强相干辐射,它的产生机理不同于原子内束缚电子的受激辐射。自由电子激光的概念是John M. J. Madey于1971年在他的博士论文中首次提出的,并在1976年和他的同事们在斯坦福大学实现了远红外自由电子激光,观察到了10.6μm波长的光放大。自那以后,许多国家都开展了关于自由电子激光的理论与实验研究。自由电子激光的基本原理是通过自由电子和光辐射的相互作用,电子将能量转送给辐射而使辐射强度增大。自由电子激光具有一系列已有激光光源无法替代的优点。例如,频率连续可调、频谱范围广、峰值功率和平均功率高且可调、相干性好、偏振强,具有ps量级脉冲的时间结构,且时间结构可控,等等。中国科学院高能所已于1993年制成我国第一台自由电子激光装置。
       BFEL是一台工作在中红外波段的康普顿型自由电子激光器。1993年已实现基本稳定的出光,并在亚洲首次实现了饱和受激振荡。此后,该装置一直稳定运行至2003年,每年为用户提供出光时间约1000小时。
    根据我院“一所一址”的方针,BFEL于2005年启动了搬迁重建工程。 2007年10月,BFEL恢复正常出光,激光输出波长范围9.5~15um,最大输出能量超过8mJ。目前,BFEL仍然是国内唯一能够持续地实现受激振荡的自由电子激光装置。
  BFEL以高亮度强流电子束为工作物质,电子束经加速管加速到30MeV左右注入由周期永磁铁构成的波荡器。在波荡中,电子束辐射的光脉冲被放置在两端的反射镜收集起来,构成一个谐振光学腔。在谐振腔中,后继的电子束与先前电子束产生的光脉冲不断地发生能量转换,使光信号获得最大的增益直至饱和。达到饱和的激光脉冲最终通过反射镜的耦合输出到光学测量台。 BFEL是多学科研究中心规划的三个实验平台之一。高能所努力提高装置性能以满足用户的要求,以期取得更多科研应用成果。


        江玉海,出生河南南阳,2000年底留学德国,2006年5月博士毕业于德国柏林自由大学(Free University Berlin),先后在德国海德堡马普核物理研究所做博士后、项目主持人(PI),2011年9月受聘于中国科学院上海高等研究院,研究员,博士生导师。中科院百人,浦江人才,中国科技大学、吉林大学和上海科技大学特聘教授。 研究方向:长期从事原子分子物理学实验和理论的研究工作。研究经历覆盖了电子与原子分子的碰撞激发,同步辐射光诱发的电离激发,极紫外(XUV)自由电子激光诱导的原子分子多光子多电子电离激发及解离、超快分子反应动力学、冷原子反应动力学等。是世界上第一批利用自由电子激光研究原子分子超快非线性过程的实验专家,在极紫外超快原子分子领域做出一些原创性、前瞻性和创新性的研究工作。 获奖及荣誉:研究成果在Physical Review Letters (7), Physical Review A (Rapid Communications) (4), Physical Review A (9), Optics Letters (1), Journal of Physics B (Fast Track) (2), Journal of Physics B (7) 等国内外主流期刊上发表论文75篇,其中SCI收录45篇(第一作者22篇)。被Science、Nature,Physical Review Letters等国际顶级学术期刊引用八百六十来次,h-index= 17;先后24次在国际大会上做特邀或者进展报告,许多国际会议组委会成员;早在1998年就应邀为Phys. Lett. A审稿,现美国物理学会(APS)主流期刊(Reviews of Modern Physics, Physical Review Letters, Physical Review A )等国际物理顶级物理期刊的审稿人。



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