[发明专利]准实时阿秒脉冲测量方法及系统

说明书

本发明属于阿秒光学及光电子技术领域，涉及一种准实时阿秒脉冲测量方法及系统。解决了现有的阿秒脉冲测量方法耗时长，测量系统庞大，各项参数稳定性的问题，具体方法是使红外光以一定的传播角度作用于阿秒脉冲产生的光电子，使得阿秒脉冲在不同空间位置上产生的光电子受到不同强度的红外光的调制，从而将光电子时间‑能谱图中的时间信息映射到空间，不再需要对红外光和待测阿秒脉冲进行延时扫描，从而大大缩短测量阿秒脉冲所需要的时间。

技术领域

本发明属于阿秒光学及光电子技术领域，涉及一种准实时阿秒脉冲测量方法及系统。

背景技术

阿秒科学正在与越来越多的学科结合，阿秒脉冲也在越来越多的领域展开应用，对阿秒脉冲自身时域信息的测量也逐渐成为必须。由于阿秒脉冲脉宽极短，无法直接测量其脉宽，通常使用阿秒条纹相机来测量所产生的阿秒脉冲，如Kun Zhao etc.,'Tailoringa 67attosecond pulse through advantageous phase-mismatch',Optics Letters,37,18,3891(2012)。

对阿秒脉冲进行测量，通常包括两个过程。首先是，对阿秒脉冲产生的光电子进行能谱测量。在这个过程中，为了减小空间电荷效应对光电子能量的影响，需要减少单次事件产生的光电子数量，并通过提高重复频率和延长积分时间来满足一定的信号强度。其次是，对红外光场和阿秒脉冲进行延时扫描。在这两个过程的共同作用下，目前实验室对阿秒脉冲的测量，通常需要耗时1小左右。

实际的阿秒脉冲产生及测量系统主要包括三部分：少周期红外光驱动光源，阿秒脉冲产生源以及阿秒脉冲测量系统(阿秒条纹相机)。如图1所示，为现有的阿秒脉冲产生及测量系统，其中BS是宽带分光镜(透射90％，反射10％@800nm)，M2、M3、M4、M5均为反射镜。从M5透射的残余红外光触发光电管PD，作为时间数字转换器TDC的起始时间信号；从M5反射的红外光在Gas tube中与原子相互作用，产生阿秒脉冲；HM是中心带小孔的反射镜，阿秒脉冲从中心小孔中穿过，从M4反射来的红外光从小孔四周反射；红外光和阿秒脉冲共同汇聚在稀有气体源Gas jet中，产生的光电子被微通道板探测器MCP探测到，并通过时间鉴别器CFD进行预处理，然后作为结束时间信号输入TDC，从而实现对光电子飞行时间的测量。通过对M3进行纳米精度的光程调控，控制红外光与阿秒脉冲延时扫描过程。

上述系统，一方面，由于系统庞大，各项参数(包括能量、载波包络相位等)的长时间稳定性都受到一定的挑战；另一方面，单次采集需要耗费的时间太长，使得对研究对象的某些特性研究受到一定的限制，无法针对某些参数进行实时的对比研究。

发明内容

为了解决现有的阿秒脉冲测量方法耗时长，测量系统庞大，各项参数稳定性的问题，本发明提出一种准实时的阿秒脉冲测量方法及系统，具体方法是使红外光以一定的传播角度作用于阿秒脉冲产生的光电子，使得阿秒脉冲在不同空间位置上产生的光电子受到不同强度的红外光的调制，从而将光电子时间-能谱图中的时间信息映射到空间，不再需要对红外光和待测阿秒脉冲进行延时扫描，从而大大缩短测量阿秒脉冲所需要的时间。

本发明的技术方案是提供一种准实时阿秒脉冲测量方法，包括以下步骤：

步骤一、调整阿秒脉冲与红外光以非同轴的方式入射至阿秒脉冲测量系统的稀有气体中；

步骤二、利用具有空间及时间分辨的探测器采集从飞行时间管出射的光电子位置和飞行时间；

步骤三、对采集的光电子位置和飞行时间，进行反演算法处理，获得阿秒脉冲的时域信息。

进一步地，由于光电子空间位置信息对应着传统阿秒脉冲测量系统中的延时扫描信息，光电子飞行时间信息对应着光电子能谱信息，为了满足算法对反演精度的要求，上述探测器的空间分辨率优于磁瓶系统的空间分辨率，时间分辨率优于200皮秒。

进一步地，上述探测器为延迟线探测器。