欧洲研究人员发现Kramers–Henneberger态可以出现在大气压下的稀有气体中,这些中性原子的非常态可以用来产生激光成丝过程中的通用超快增益机制。

具有与库仑场相当强度的光场与原子中的价电子相互作用,可以产生不同寻常的物质状态,电子在激光场中几乎自由地振荡,并且仍然松散地结合在原子核上。这种特殊的激光缀饰态被称为Kramers–Henneberger态。KH态的形成会改变介质折射率的实部和虚部。

理论预测显示,当光场强度足够高时(与其最低激发态有关)会出现布居数反转。如果布居数反转出现在激光丝中,将会导致激光丝光谱中部分频率的增益,对应粒子在稳定态之间跃迁时的辐射频率。


实验装置

根据理论预测,只有当光强达到1014W/cm2时,增益才会出现。研究人员选用啁啾脉冲放大(CPA)的钛宝石激光器和空间光调制器分别产生强激光和波前调制,采用离轴球面反射镜产生一束短光丝。通过调整输入脉冲的形状,即脉冲的上升沿、下降沿以及稳定时间,发现上升沿时间较短的脉冲最容易实现激光缀饰态。

研究人员还分别对氩气和氪气进行了实验,证实了这个新颖的效应是普遍的。实验结果表明,通过优化输入激光脉冲的形状,可以增强和控制激光丝内的激光辐射。此外,抽运过程中增益谱线的出现会引发强抽运的光波混合过程,可能导致额外的参数增益谱线。


氪气中的实验结果

论文连接:https://www.nature.com/articles/s41567-018-0105-0