随着科技的飞速发展，光电应用与材料领域正不断涌现出令人瞩目的新知识和技术与新应用，为响应国家号召，先锋科技推出《名家专栏》系列技术与应用新闻专栏，该专栏汇聚激光物理、拉曼光谱、等离子体、电化学、量子理论及激光诱导击穿光谱等多领域系列，全系列专栏共计36篇，深入剖析前沿科技，为读者带来专业而丰富的知识盛宴，为广大科研工作者提供一个交流与学习的平台。

首篇《名家专栏》激光物理系列专栏，荣幸地邀请到了中国科学院上海光学精密机械研究所的曾志男老师，他将为我们深入解读阿秒超快光学的奥秘，带来前沿的知识分享。

上海光机所研究员，其团队长期从事高次谐波（HHG）和阿秒超快方面研究，参与建设上海超强超短激光装置（SULF）等，发表 SCI 论文 80 余篇，编撰专著《阿秒激光技术》，先后获得基金委“优秀青年基金”和国家科技创新领军人才的资助。

孤立阿秒脉冲的产生使得原子核外最快的运动——原子系统中的电子动力学——得以被捕获。如果我们想观测微观的原子分子，一个好的办法是用激光脉冲去照射微观的粒子，然后观测这些微观粒子的行为。原子系统中电子的运动速度实在太快了，绕原子核一圈通常只需要百阿秒量级的时间。这就要求科学人员在给原子"拍照"的时候需要使用超快的阿秒量级的"闪光灯"，这种"闪光灯"就是阿秒激光。

电场波形受控的少周期激光脉冲和它们产生的孤立阿秒脉冲构成了一种有效的泵浦-探测技术，既可以对光信号进行精确的阿秒计量，又可以实时探测在光信号上留下的各种电子过程信息。阿秒电子条纹相机记录条纹光谱图，可以测量亚飞秒激光波形和XUV阿秒脉冲。XUV阿秒脉冲用作触发，稳定的激光电场作为探针，可以提供对激发原子中多电子弛豫过程的实时观测，例如级联俄歇衰变和原子内电子关联等。

早期固体中的第一个阿秒时间分辨研究是使用阿秒条纹相机对单晶钨进行的，发现产生自钨局域核心态的电子到达钨表面的时间比那些来自导带离域电子延迟了约 100 阿秒。对于单晶镁，来自核芯能级和价带态的光电子则同时到达表面，实验不确定度为 20阿秒。而且，阿秒XUV 脉冲激发的光电子能够直接探测等离子体（金）纳米局域电场振荡，为空间和时间上的超快纳米等离子体传播研究提供直接途径。这些新颖的阿秒技术可能有助于研究克服当代数字电子设备速度限制的方法，并探索基于电子的信号处理的终极极限。

当代数字电子产品的基本构建模块是金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET)。尽管高速 MOSFET 的截止频率 f_cutoff 大约在 100 GHz~1 THz 范围内，但处理器的最大速度已限制在 f_processor ≈ 3 GHz 很多年。这种限制是由连接晶体管以形成处理器的互连线的充电时间 τ_charging造成的；另一个限制源于散热，这也主要发生在当代数字电子产品中晶体管对互连线充电和传输信号时。对于长 (~5 mm) 互连，每个开关周期在此过程中消耗的能量约为Q_switch ≈ (1/2) C_interconnect (ΔU_gate )2 ≈ 1 fJ。处理器时钟速率由长互连决定，而每个晶体管每个开关的平均能量由典型 (~500 μm) 互连决定，并且要小一个数量级 (Q_switch ≈ 0.1 fJ)。这给出了每个处理器功耗的上限 P_processor ≈ N_t f_processor Q_switch ≈ 300 W，其中 N_t ≈ 109 是处理器中晶体管的数量。这对将当前的数字电子产品扩展到更高的时钟速率和晶体管数量构成了另一个严峻的挑战(Nature Photonics, vol 8, March 2014, 208)。

可逆强场效应在信号处理中的实用性在未来可能得到验证，其带宽在原始实验中约为 0.2 PHz（200GHz）。最近，能够测量光波形的固态太赫兹带宽示波器已成为现实。

受控光场和阿秒测量技术有助于推动未来数字电子产品的速度前沿。对电子运动的直接时域测量对于理解生命组成部分（即生物分子及其复合物）的内部运作也至关重要。这些知识涉及高度复杂系统中非常复杂的电子过程，将对生物技术和医学治疗产生影响。进一步，阿秒也将无法满足人类的需要。为探寻原子核的运动，科研人员必须进入渺秒（或10^-21秒）领域。

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