原子分子內(nèi)電子運動的時間尺度約在阿秒（10-18s）量級，追蹤和測量原子或分子中電子的運動是物理學(xué)家的重要目標之一。超快激光技術(shù)的出現(xiàn)，使得探索原子分子內(nèi)電子的超快動力學(xué)行為成為可能?；趫A偏振激光的阿秒鐘(attoclock)技術(shù)是實現(xiàn)超快激光作用下原子的電子動力學(xué)測量的一種重要的研究手段。利用圓偏光旋轉(zhuǎn)的光矢量將不同時刻電離的電子偏轉(zhuǎn)到不同角度，通過角度—時間的對應(yīng)關(guān)系實現(xiàn)阿秒時間分辨。傳統(tǒng)的研究方案是采用少周期單色圓偏振激光脈沖，通過光電子動量譜研究電子隧穿信息。但由于使用少周期脈沖，獲得的光電子動量譜通常不含有電子干涉效應(yīng)，不能獲取隧穿電子波包信息。

北京大學(xué)物理學(xué)院、人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國家重點實驗室“極端光學(xué)創(chuàng)新研究團隊”劉運全教授和龔旗煌院士等，針對雙色同向旋圓偏光構(gòu)建的阿秒鐘的工作方式展開深入研究，并取得系列進展。他們首先利用雙色(ω + 2ω)同向旋圓偏光可構(gòu)建雙指針阿秒鐘[M. Han et al., Phys. Rev. let. 119，073201]，其中弱的基頻光ω做“時針”，強的二倍頻2ω為阿秒鐘的“分針”，打破了圓對稱性，這種相互作用構(gòu)型類似于空間旋轉(zhuǎn)的時域雙縫干涉儀（圖1a），可從電子干涉譜上可提取阿秒時間尺度電子動力學(xué)信息。

　圖2. 實驗提取的時間分辨的電子波包動量分布。800nm光場強度分別為(a)0.0045a.u.和（b）0.02a.u., 400nm電場強度固定為0.04a.u.。

近期，他們實驗上通過測量雙色同向旋圓偏場中（400nm+800nm）激光強度依賴的電子動量分布，給出了雙指針阿秒鐘在不同強度比下的統(tǒng)一描述。該工作利用先進的冷靶反沖離子電子動量成像譜儀(COLTRIMS)，獲得了高動量分辨單色400nm圓偏振激光（圖1b）以及不同強度比同向旋轉(zhuǎn)雙色園偏振強激光場中的光電子的干涉圖案(圖1c和1d)。通過與理論模擬 [強場近似(SFA)和數(shù)值求解含時薛定諤方程(TDSE)]，揭示了時針(800nm)對旋轉(zhuǎn)的庫侖勢的影響以及進而引發(fā)的對電子波包幅度和相位的調(diào)制。通過改變兩束光的強度比，雙指針阿秒鐘技術(shù)實現(xiàn)了“縫寬”可變的空間旋轉(zhuǎn)的時域雙縫干涉，基于電子的干涉譜可提取出阿秒時間分辨隧穿電子波包的振幅和相位信息（圖2）。雙指針阿秒鐘(attosecond-clock)技術(shù)對于實現(xiàn)圓偏場中非絕熱效應(yīng)的阿秒測量，以及自旋極化動力學(xué)的阿秒控制有重要應(yīng)用。該研究工作發(fā)表在近期 《物理評論快報》上[“Universal Description of Attoclock with Two-color Corotating Circular Fields‘’, Phys. Rev. Lett. 122, 013201(2019)].

研究論文第一作者是葛佩佩同學(xué)，研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部、人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國家重點實驗室、量子物質(zhì)科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心和極端光學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心等的支持。