antihydrogen: |Psi(r1,r2)|^2 (|Psi|^2)
[personal profile] antihydrogen
Существуют такие приборы (но мы их вам не покажем) – стрик-камеры. С их помощью можно изучать зависимость интенсивности от времени для коротких световых импульсов.
Принцип их действия заключается в том, что свет падает на катод, выбивает электроны, которые пропускаются через отклоняющее электрическое поле, быстро меняющееся во времени. Зная зависимость напряженности поля на электродах от времени и зависимость угла отклонения от напряженности, можно легко восстановить зависимость числа электронов от времени.

Однако, минимальная продолжительность промежутка времени, который может уверенно развернуть традиционная стрик-камера, ограничивается доступной скоростью изменения электрического поля на электродах. Логичным шагом является переход к более высокочастотным полям. Но такие поля сами являются светом. Так что т.н. аттосекундный стрикинг делается на девайсе, являющемся модифицированным интерферометром
attosecond streaking setup
Сверхкороткий импульс света от инфракрасного лазера (а сейчас умеют делать импульсы продолжительностью всего в один оптический период, что для инфракрасного излучения составляет несколько фемтосекунд) разделяется на два луча, один из которых идет как есть, а второй пропускается сквозь склянку с аргоном, где конвертируется в еще более сверхкороткий ультрафиолетовый импульс.

Механизм конвертации таков: энергия, содержащаяся в лазерном импульсе, невелика, но за счет малой его продолжительности плотность энергии и соответственно напряженность поля огромны. На первом полупериоде импульса поле отрывает электрон от атома, а на втором полупериоде разгоняет в обратном направлении и с размаха ударяет об ион, и при ударе испускается импульс ультрафиолетового излучения продолжительностью порядка сотни аттосекунд. Затем излучение пропускается сквозь тонкую алюминиевую фольгу, чтобы очистить ультрафиолет от оставшегося инфракрасного излучения.

Оба луча – инфракрасный и ультрафиолетовый – снова собираются вместе в конечной точке: аппарате с разреженным газом, где ультрафиолетовое излучение выбивает электроны из атомов/молекул газа,  инфракрасное излучение придает электронам дополнительный импульс, зависящий от его фазы в момент их испускания, а детекторы меряют энергию электронов. Если сравнивать со стрик-камерой: ультрафиолетовый импульс играет роль светового импульса, газ играет роль катода, поле инфракрасного излучения – поля электродов, а детекторы – экрана. Небольшое отличие состоит в том, что для временной развертки вместо отклонения электронов используется изменение их энергии.

Большое же отличие состоит в том, что в данном девайсе меряется не форма ультрафиолетового импульса, а совсем наоборот – форма «развертывающего» инфракрасного импульса или задержка испускания электронов из молекул газа.
AS
Зависимость энергии испущенных электронов от временной задержки между приходом ультрафиолетового и инфракрасного импульсов к атому газа. Регулирование задержки производиться изменением длины одного из плеч интерферометра.

На картинке наглядно видно колебание напряженности поля инфракрасного излучения. Столь наглядный способ исследования формы лазерных импульсов полезен для тех, кто эти самые импульсные лазеры создает и настраивает. А вот когда форма лазерного импульса уже известна, можно углядеть более тонкий эффект – задержку вылета электрона из атома относительно момента воздействия на него ультрафиолетового импульса.
TimeDelay
В увеличенном квадратике показан временной сдвиг из-за счет задержки вылета электрона из атома. Обычно его измеряют не по абсолютной величине, а по разности между двумя газами или двумя электронными оболочками одного и того же газа.

Эта величина интересна для атомной физики, которую я в данный момент представляю. Ее можно измерить не только с помощью аттосекундного стрикинга, но и другим, более деликатным способом:  reconstruction of attosecond beating by interference of two-photon transitions (RABITT, англ.непр. «кролег», некоторые авторы модифицируют сокращаемую фразу так, чтобы получился в точности RABBIT). Замечу, что в данной области также имеются методы frequency-resolved optical gating (FROG, англ. «лягушка») и FROG for Complete Reconstruction of Attosecond Bursts (FROG CRAB).

Схема установки для RABITTа та же самая, что для стрикинга, но для него не требуется сверхкороткий инфракрасный импульс. Когда длинный инфракрасный импульс (ну, на самом деле не очень длинный – несколько десятков оптических циклов) проходит через вышеупомянутую камеру с аргоном, он ударяет оторванным электроном об ион не один единственный раз, а два раза за каждый период колебаний поля. В результате получается целая серия ультрафиолетовых  импульсов одинаковой формы, но знакопеременной фазы (из-за того что электрон на двух полупериодах ударяет об ион с противоположных сторон). Для тех людей, для кого словосочетание «ряд Фурье» - не пустой звук, из данного описания должно стать ясно, что такая двусторонняя гребенка импульсов будет содержать только фотоны с частотой, в нечетное число раз превышающей частоту исходного инфракрасного излучения.
RABITT
Опять зависимость энергии испущенных электронов от временной задержки между приходом ультрафиолетового и инфракрасного импульсов к атому газа в конечной камере.

Если в конечную камеру заводить только ультрафиолетовое излучение, из нее полетят только электроны с энергиями, равной разности энергий фотона и потенциала ионизации. На спектрограмме выше они создают сплошные горизонтальные полосы. Если вводиться и инфракрасное излучение, то электрон может либо поглотить дополнительный ифракрасный фотон, либо стимулированно испустить фотон, благодаря чему появляются слабые прерывистые вторичные полосы между исходными полосами. Поскольку получить такую промежуточную энергию электрон может двумя путями, в соответствии с квантовой механикой вклады от двух путей интерферируют, из-за чего полосы получаются прерывистыми. Cдвиг пятен на вторичных полосах относительно фазы инфракрасного излучения будет равен так называемому вигнеровскому времени – производной по энергии от фазы (аргумента) комплексной амплитуды ионизации электрона. Можно так же доказать, что временной сдвиг, измеряемый с помощью аттосекудного стрикинга, совпадает со все тем же т.н. вигнеровским временем, так что два весьма по идее разных метода должны давать одинаковый результат.

Это был популяризующий пост (вот еще популярная лекция на ту же тему). В следующем посте я вам расскажу Страшую Правду о Временных Задержках, Которую Скрывают от Вас Ученые. Ну а пока - статья для моральной подготовки тех, кто не знаком с полузабытым мемом, использованным в качестве названия поста.
From:
Anonymous( )Anonymous This account has disabled anonymous posting.
OpenID( )OpenID You can comment on this post while signed in with an account from many other sites, once you have confirmed your email address. Sign in using OpenID.
User
Account name:
Password:
If you don't have an account you can create one now.
Subject:
HTML doesn't work in the subject.

Message:

 
Notice: This account is set to log the IP addresses of everyone who comments.
Links will be displayed as unclickable URLs to help prevent spam.
Page generated Jul. 21st, 2017 12:31 am
Powered by Dreamwidth Studios