近日，兰州大学核科学与技术学院、稀有同位素前沿科学中心刘作业教授团队与德国马克斯普朗克核物理研究所、耶拿大学以及美国路易斯安纳州立大学科研人员合作，提出了一种利用超短激光脉冲实现介质无共振腔完美共振吸收的方案。相关研究工作以《Resonant Perfect Absorption Yielded by Zero-Area Pulses》[Phys. Rev. Lett. 129, 273201 (2022)]为题，发表在物理学顶级期刊《Physical Review Letters》（物理评论快报）上。论文第一作者为博士研究生何宇，通讯作者为刘作业教授。

我们所处的物质世界是由原子核、电子、原子、分子等微观粒子组成的。探索物质中微观粒子的运动状态有助于人类认识物质的本质，进而控制和改变物质变化的相关过程来实现物质的新性质和新功能。脉冲激光就是这样的一个强有力工具，对其进行整形是实现对微观世界中电子、原子核等粒子运动控制的基础。脉冲激光整形，顾名思义，就是通过技术手段，改变光的强度、频率、相位等参数的大小及分布。可编程空间光调制器可以对光学波段的脉冲激光实现整形控制，在诸如电子激发电离、化学反应等相干控制领域取得了很大成功。电磁波除了包括常见的可见光、红外光外，还有能量更高、波长更短的的紫外光、X-射线等。极紫外（XUV）以及X-射线波段的脉冲整形将开启原子核相干控制的研究，打开核物理发展的新窗口，有助于未来核能利用的创新发展。但是由于缺乏相应介质，现有整形方案难以拓展，该波段的脉冲整形必须另辟蹊径。

原子中的电子跃迁可以发生在任意波段，我们研究发现，将激光脉冲波长锁定到特定的电子跃迁，可以实现XUV脉冲激光的整形。在激发-调控作用框架下，提出了一种通过时域选通法，操纵介质吸收特性的普适方案，实现了介质对光脉冲的完美吸收（99.999%），且可以实现吸收度大小的控制。XUV脉冲激光作为激发光与介质作用时，引入另外一束调控激光裁剪XUV脉冲、限制其自由演化。同时，XUV激光在介质内传播时，由于传播效应会产生新的子脉冲激光。控制调控激光的作用时间和介质的厚度，实现子脉冲与主脉冲的相干相消。

改变介质对电磁波的吸收特性、实现有效吸收是当今世界一系列技术变革的前提，对诸如电磁信号的频域滤波、能量转换器件的高效实现等具有重要意义，在光学传感，光伏和光电检测等领域有着广泛应用。相较于相干完美吸收器，本方案将激光波长锁定到了电子跃迁的共振频率，可用于任意波段，吸收度可控且无需使用光学谐振腔。研究有利于极紫外以及更短波段的脉冲X-射线的整形、超快光开关及光-光调制器等的实现，未来可用于自由电子激光、同步辐射光源等大科学装置上，开展原子核相干控制、X-射线量子光学等研究，促进X-射线时钟、穆斯堡尔谱学等技术的发展。相比当前最高时间精度的光学时钟，X-射线时钟将再次把精度提高2-3个量级。

该研究工作得到了国家自然科学基金重大仪器研制和大科学装置培育、兰州大学优秀青年基金、甘肃省优秀研究生“创新之星”等项目的支持。

文章链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.273201

内容来源｜兰州大学党委宣传部（融媒体中心）、核科学与技术学院

编辑｜冯伊蜓

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