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量子科學與工程研究中心朱時宜院士研究團隊
與國際著名超快科學團隊合作
論文刊登Nature Photonics

近年來,隨著「超快科學」的快速發展,超短脈衝雷射技術已經從 Femtosecond (飛秒) (10−15 sec)時代跨越到了Attosecond (阿秒) (10−18 sec) 時代,使人類終於有能力實現「阿秒」時間尺度內實時觀測,控制原子和分子内部的電子動力學行為。目前,物理學家已經證實利 用「高次諧波」(High-Order Harmonic Generation)輻射產生超短「阿秒」脈衝是最有前途的方案之一。但是,如何精準地控制強雷射脈衝的「載波包絡相位」(Carrier Envelope Phase),以便產生高重複性(Ultrahigh Repetition Rates)的高次諧波輻射,是「阿秒」脈衝真正邁入實驗應用階段的關鍵之所在之一。

2014年5月11日,Nature photonics 發表了臺灣大學「量子科學與工程研究中心」(Center for Quantum Science and Engineering (CQSE))朱時宜院士研究團隊與世界著名的 Z. H. Chang 教授的「超快科學」實驗研究團隊合作的研究論文“Coherent Phase-Matched VUV Generation by Field-Controlled Bound States”。

這項研究成果首次發現利用束縛原子能態產生和控制域下(Below-Threshold) 的高次諧波是一種新的可行的有效方案,並從實驗上展示了惰性氣體原子共振結構中的「相位匹配域下」的高次諧波的產生(Phase-Matched Below-Threshold Harmonics Generation)以及強雷射場調控特性,實現了「阿秒」超短脈衝雷射技術實驗應用的新突破。這項工作理論方面主要由朱時宜院士研究團隊的李鵬程博士、John Heslar 博士,以及 CQSE 的訪問教授 Dmitry A. Telnov 博士共同參與完成。主要的貢獻是利用朱時宜院士發展的 Floquet 理論以及強雷射場中的含時密度泛函理論(Self-Interaction-Free Time-Dependent Density- Functional Theory),並結合描述宏觀傳播效應的 Maxwell’s Equation, 對「相位匹配域下」高次諧波的產生首次進行了第一原理 (ab initio)的精確理論模擬,並且很完整的解釋了實驗現象,這個研究同時也為域下高次諧波所產生的真空紫外(VUV)光源奠定了重要的理論基礎。

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