全阿秒光谱学的新篇章：研究人员实现1千赫兹的重复频率

柏林Max Born研究所的一组研究人员首次展示了重复频率为1千赫的阿秒泵浦阿秒探针光谱（APAPS）。通过使用离焦生成几何结构开发紧凑、强阿秒源，这成为可能。该方法为研究阿秒区的超快电子动力学开辟了新的途径

本世纪之交的第一代阿秒脉冲（1阿秒相当于10-18秒）使人们对电子世界有了前所未有的了解。Anne L’Huillier、Pierre Agostini和Ferenc Krausz在2001年首次展示了阿秒脉冲，他们的开创性工作于2023年获得了诺贝尔物理学奖。

然而，当前的阿秒技术有一个重要的缺点：为了能够在泵浦探针实验中记录电影，阿秒脉冲通常必须与飞秒脉冲（1飞秒相当于10-15秒）相结合，飞秒脉冲的光学周期（几飞秒长）被用作阿秒分辨率的时钟。这对阿秒时间尺度上的电子动力学研究构成了限制

自从阿秒脉冲首次演示以来，许多科学家一直梦想着进行实验，第一个阿秒泵浦脉冲启动原子、分子或固态样品中的电子动力学，第二个阿秒探测脉冲以不同的时间延迟询问系统

这个目标非常具有挑战性，因为它需要强烈的阿秒脉冲。然而，高次谐波产生（HHG）的基本过程是非常低效的。因此，只有极少数阿秒泵浦阿秒探针光谱（APAPS）的原理验证演示被报道，该光谱利用了在低重复率（10–120赫兹）下运行的大型装置和专业激光系统

柏林Max Born研究所（MBI）的一组研究人员现在展示了一种不同的方法，使他们能够使用更紧凑的装置进行APAPS实验。为此，他们使用了一个千赫兹重复频率的交钥匙驱动激光器。这使得操作更加稳定，这是APAPS成功实施的关键要求

科学家们使用红外激光脉冲在气体射流中产生阿秒脉冲。然而，与通常产生阿秒脉冲的方式不同，他们提出了一个想法，即将气体射流放置在离驱动激光焦点一定距离的地方，而不是靠近驱动激光焦点。因此，产生了脉冲能量相对较高、虚拟源尺寸较小的阿秒脉冲，这使研究人员能够在重新聚焦后获得高强度阿秒脉冲

研究人员通过进行APAPS实验，利用这种稳定而强烈的阿秒源，在APAPS实验中，氩原子被阿秒泵脉冲电离，从而产生单电荷的Ar+离子。通过阿秒探测脉冲探测这些离子的形成，导致进一步电离和双电荷Ar2+离子的形成

结果是观察到Ar2+离子产率在非常快的时间尺度上增加。这表明所涉及的泵浦和探测脉冲确实具有阿秒脉冲持续时间

本研究中使用的适度红外驱动脉冲能量为以更高的重复率（高达兆赫）进行APAPS实验开辟了道路。驱动这些实验所需的激光系统已经可用或正在开发中。因此，这一新概念可能使人们能够在极短的时间尺度上对电子世界进行前所未有的深入了解，而当前的阿秒技术无法实现这一点

研究结果发表在《科学进展》杂志上