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美科学家首次观察到超发光现象

导读: 美国能源部布鲁克海文国家实验室的研究小组日前采用新技术获得了超短光脉冲,并称该技术有望用于能捕捉分子和原子运动的新一代光源设备。

    华盛顿1月21日电 美国能源部布鲁克海文国家实验室的研究小组日前采用新技术获得了超短光脉冲,并称该技术有望用于能捕捉分子和原子运动的新一代光源设备。在新出版的《物理评论快报》上,研究人员介绍说,他们在利用激光束控制自由电子激光光脉冲持续时间的实验中,首次观察到了超发光现象。

  世界上大多数光源产生的是频带较宽的光。布鲁克海文国家实验室就有能产生X射线、紫外线和红外线的国家同步加速器光源(NSLS),它们是人们从事从生物技术到纳米技术实验的有效工具。然而,要了解化学和生物系统中分子如何改变自己的结构,科学家则需要频带更窄的超短光脉冲,因为它能帮助科学家捕捉到生物和化学过程以及多种其他原子量级活动的时间解析图像。

  在同步加速器中,通过加速电子束并让其通过磁场,能够产生出同步加速光。通常,同步加速光和自由电子激光的脉冲持续时间均由该电子束来决定。尽管科学家经过努力获得了短电子脉冲,然而由于电子束中电子之间的排斥力,导致他们难以进一步缩短其脉冲。布鲁克海文国家实验室光源开发实验室中的研究人员将钛-蓝宝石激光器的激光束作用于混有电子束的自由电子激光飞秒光脉冲,导致光脉冲的强度不断增加和持续时间不断缩短,最终获得了超发光现象,整个过程没有受到电子束的影响。

  NSLS物理学家、报告合著者瓦特贝说,利用现有光源,人们只能获得原子的静态快照,了解原子过去和现在的位置,但是并不知道它们如何从过去的位置运动到了新的位置。因此,人们需要的是原子运动过程的图像,而这正是超短脉冲光能够发挥作用的地方。

  科学家于1954年提出了超发光概念,认为超发光是从原子或分子系统中提取能量的最有效途径。此次实验是光源开发实验室首次利用自由电子激光的设备观察到超发光现象,了解这种高强度超短光脉冲形成的机制,有望帮助人们开发新一代光源发光设备。

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