Environment 版 (精华区)

发信人: lichunlu (露露365), 信区: Environment
标  题: 阿秒科学的发展
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年03月03日09:42:22 星期一), 站内信件

　飞秒科学虽然对物理和化学的发展产生了巨大的影响。但对于像电子的运动来说，飞秒
化学还是太慢了，电子振动的时间单位是另一层次──阿秒的世界。红外线与可见光一次
振动需花3毫微微秒，想以之来测量更短的时间相当困难，因此，过去一直有利用脉冲更短
的X光激光来进行测量的想法，但技术上难以达成。在3毫微秒左右，极短时世界的大门便
已经关闭。因此，利用阿秒激光技术，原子内部电子的运动情况拍成最快速的“电影”，
每帧画面间相隔仅为几阿秒。阿秒激光是人类目前在实验条件下所能获得的最短脉冲，具
有瞬间功率极高、聚焦能力极强等特点。

　　欧洲的物理学家运用阿秒激光，成功观测到氪原子被X光激发后，原子随后发生的电子
重新排列过程。这个过程被科学家用阿秒激光纪录下来。由于这是科学家第一次成功用阿
秒激光来观测电子的跃迁过程，因此具有特殊的意义。预料一旦敞开阿秒光谱学的大门，
未来将有更多相关实验出现。

　　在德国，比勒菲尔德大学的Markus Drescher第一次成功用阿秒激光来测量氪原子被X
光激发后，电子随时间的跃迁过程。这种实验在过去，如果使用飞秒激光，是不可能做出
来的。因为原子周围的电子其跃迁过程相当快速，即使飞秒激光已经可以测量化学反应的
过程，相对于原子周围的电子跃迁的速度仍嫌太慢。因此，位于德国的科学家就使用阿秒
激光来做pump-probe的实验。

　　一般的动态测量技术可以分为三大类：机械性、电磁性和光学性技术。机械性测量技
术（如照相机）可达到百万分之一秒的精密度，电磁性测量技术（如快速示波器）可达到
兆分之一秒的精密度，而唯有光学性测量技术才能达到飞秒及阿秒的境界。这样的技术是
在最近二十年来超快激光（ultrafast laser）发展后，才得以实现。在实验中使用慢的测
量技术，会使观察结果涵盖了整个反应过程。再者，由于反应过渡状态只存在短暂的一兆
分之一秒，过渡状态的光谱讯号（吸收、萤光及光电离等）往往也非常微小，因而无法测
量到。所以，如何设计出测量技术以有效增加过渡状态的讯号，并且与稳定的反应物及产
物所产生的巨大背景讯号分离，就成了必须面对的问题。

　　科学家用pump-probe technique来解决问题，首先将同一道光束在同一时间分成两道
光束，一道是pump，另一道是probe。Pump beam先激发样品，同时激发样品的瞬间就定为
时间零点；随后用translation stage（位移平台）来控制probe beam的光径，从而控制pr
obe beam与pump beam的时间差。就可以知道样品被激发，经过不同时间后，样品的反应为
何。科学家就可以从这些数据中，推测出在即短时间中，电子的跃迁情况或是化合物的反
应过程。

　　实验结果得到了观测电子在原子内部不同能量级之间的跃迁运动所必需的“快门速度
”。这开创了物理学中一个新的领域，即“阿秒物理学”。从此，科学家们将朝时间尺度
更小的物理、化学反应一探究竟。这对科学发展所产生的意义是不言而喻的。


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             /   /    /     真怀念那无忧无虑的日子……
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