Коллектив ученых из Воронежского государственного университета предложил новый метод для определения физических параметров ультракоротких аттосекундных импульсов. Результаты исследования физиков опубликованы в журнале «Physical Review» в статье под названием «Attosecond-pulse metrology based on high-order harmonic generation» («Метрология атосекундных импульсов на основе процесса генерации высших гармоник»).
Для того, чтобы понять масштаб одной аттосекунды (а это 10 в минус 18 степени секунд), необходимо представить себе 1 секунду в масштабе существования вселенной. Это предельно короткий временной промежуток, определяющий характерный порядок обращения электронов по замкнутым орбитам в атоме. К настоящему времени лазерные технологии позволяют получать импульсы длительностью в десятки аттосекунд. Как показывают многочисленные эксперименты и теоретические расчеты, взаимодействие таких сверхкоротких импульсов с веществом существенно зависит от формы импульса, и поэтому одна из актуальных задач лазерной физики заключается в метрологии (определении параметров) или визуализации аттосекундных импульсов. Исследование учёных ВГУ – это один из шагов к визуализации аттосекундного импульса. Основываясь на теоретических расчётах, воронежским учёным удалось предложить новую методику определения формы сверхкоротких импульсов. Предложенный метод основан на анализе спектров генерации гармоник.
«Если мы помещаем атом в сильное лазерное поле, то его отклик на такое экстремальное внешнее воздействие становится существенно нелинейным. Этот нелинейный отклик приводит к широкому спектру нелинейных явлений, одним из которых и является генерация высоких гармоник лазерного излучения. В этом процессе атом выступает в роли нелинейного преобразователя, а именно: при взаимодействии лазерного поля с атомом последний аккумулирует значительную часть энергии поглощенных лазерных фотонов, которую затем испускает в виде единичного фотона с частотой, в десятки и даже в сотни раз превосходящей частоту исходных лазерных фотонов, – рассказывает доктор физико-математических наук заведующий кафедрой теоретической физики Михаил Фролов. – Этот процесс испускания вторичного излучения и называется генерацией гармоник. Вероятность такого процесса достаточно мала, однако является доступной для экспериментального измерения».
Учёный отмечает, что если создать условия для генерации гармоник, направляя на атом сильное лазерное поле и аттосекундный импульс, то вероятность генерации гармоник будет существенно зависеть от временной формы суммарного поля, которую можно изменять посредством варьирования времени задержки между лазерным полем и аттосекундным импульсом. Как показано в работе воронежских учёных, вероятность генерации гармоники как функция временной задержки в точности повторяет огибающую аттосекундного импульса. Другими словами, учёные ВГУ показали, каким образом можно экспериментально получать форму этого сверхкороткого лазерного импульса, реализуя эксперимент по генерации гармоник с временной задержкой между лазерным полем и аттосекундным импульсом.
«Мы не являемся первопроходцами в этой тематике, и до нашей работы был предложен ряд методов по восстановлению формы аттоимпульса из экспериментов с сильным лазерным полем. Однако стоит отметить, что в отличие от предыдущих методов предложенный нами метод позволяет извлекать информацию о форме импульса непосредственно из экспериментальных данных без какого-либо статистически-итеративного анализа», – отмечает Михаил Фролов.
Работа в этом направлении велась большим научным коллективом, который внес существенный вклад в реализацию предложенной идеи визуализации аттосекундного импульса: общие идеи и аналитические расчеты были реализованы ассистентом кафедры теоретической физики Татьяной Саранцевой, а достаточно сложные численные расчеты спектров генерации высоких гармоник атомами были выполнены коллегами из Нижнего Новгорода, сотрудничающими с группой учёных ВГУ в рамках проекта РНФ – Николаем Введенским, Александром Силаевым и Александром Романовым.
«Я думаю, что эта задача не была бы успешно решена, если бы не помощь наших старших коллег – профессора кафедры теоретической физики Николая Леонидовича Манакова и безвременно ушедшего от нас профессора Университета штата Небраска (США), почетного доктора ВГУ, профессора Энтони Стараса», – отметил в заключение Михаил Фролов.
