飛秒超快實(shí)驗(yàn)站是基于飛秒激光光源的用于超快科學(xué)研究的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái),它將為用戶提供寬光譜范圍、高能量、高重復(fù)頻率、多用途的超快科學(xué)研究裝置,在飛秒時(shí)間尺度上研究原子、分子、 液體中弱鍵相互作用的分子體系以及固體中晶格的動(dòng)力學(xué)行為。實(shí)驗(yàn)站由時(shí)間分辨吸收光譜實(shí)驗(yàn)單元、時(shí)間分辨原子分子物理實(shí)驗(yàn)單元、極端非線性光學(xué)超快實(shí)驗(yàn)單元和飛秒時(shí)間分辨熒光光譜實(shí)驗(yàn)單元組成。
其中時(shí)間分辨吸收光譜實(shí)驗(yàn)單元配備鈦寶石飛秒激光放大器、光參量放大器與瞬態(tài)吸收光譜儀,將用于開展可見光、近紅外與太赫茲波段的瞬態(tài)吸收光譜測(cè)量。采用重復(fù)頻率1 kHz,中心波長800 nm,脈沖寬度小于40 fs,脈沖能量7 mJ的飛秒激光作為驅(qū)動(dòng)激光,結(jié)合光參量放大器輸出波長在1100-2600 nm之間可調(diào)諧的紅外飛秒激光作為泵浦光與探測(cè)光,實(shí)現(xiàn)泵浦光波長400-1500 nm,探測(cè)光波長覆蓋350-2600 nm的瞬態(tài)吸收光譜儀,也可以通過800 nm激光空氣成絲產(chǎn)生0.1-10 THz的太赫茲脈沖作為探測(cè)光。測(cè)量系統(tǒng)延時(shí)精度優(yōu)于5 fs,延時(shí)范圍2 ns。在該裝置上,可以開展能量傳遞、電荷轉(zhuǎn)移、化學(xué)鍵的生成與斷裂、構(gòu)型馳豫和異構(gòu)化過程等研究。
時(shí)間分辨原子分子物理實(shí)驗(yàn)單元配備鈦寶石飛秒激光放大器,少周期脈沖寬度壓縮器以及復(fù)合速度成像譜儀,將用于開展飛秒時(shí)間分辨的原子分子物理研究。采用重復(fù)頻率1 kHz,中心波長800 nm,脈沖寬度小于50 fs,能量大于20 mJ的鈦寶石激光放大器作為驅(qū)動(dòng)激光,也可以分出一部分能量進(jìn)行非線性壓縮實(shí)現(xiàn)脈沖能量5 mJ,脈沖寬度小于10 fs的少周期超短脈沖作為驅(qū)動(dòng)激光。復(fù)合速度成像譜儀使用超聲分子束與空心針進(jìn)樣,在電子離子復(fù)合測(cè)量模式下,電子能量范圍10-100 eV,分辨率1 %@40-80 eV;離子能量范圍1-13 eV,分辨率4 %@13 eV,質(zhì)譜分辨率m/Δm ≥100。而在離子高分辨測(cè)量模式下,實(shí)現(xiàn)離子能量范圍1-13 eV,分辨率:1.5 %,質(zhì)譜分辨率:m/Δm ≥ 1000的測(cè)量精度。該單元可用于飛秒時(shí)間分辨的原子、分子電離/解離的超快動(dòng)力學(xué)研究。同時(shí)配備了顯微共聚焦拉曼光譜儀,可用325 nm、532 nm、785 nm三波長激發(fā),用于樣品表征。
極端非線性光學(xué)超快實(shí)驗(yàn)單元配備大能量鈦寶石飛秒激光器與真空壓縮打靶系統(tǒng)。采用重復(fù)頻率1 kHz,中心波長800 nm,脈沖能量7 mJ的飛秒激光器作為前級(jí)光源,通過XPW技術(shù)提升時(shí)間對(duì)比度,后續(xù)放大得到重復(fù)頻率1 Hz,脈沖能量6 J,脈沖寬度30 fs的200 TW高對(duì)比度鈦寶石激光,與同步輸出的1 kHz、2 mJ、30 fs飛秒激光作為輔助探測(cè)光。實(shí)驗(yàn)靶區(qū)配備內(nèi)徑1.5 m的真空實(shí)驗(yàn)腔體和高壓脈沖氣體噴嘴,可用于激光加速、相對(duì)論強(qiáng)度下激光等離子體相互作用研究。同時(shí)1 kHz飛秒激光部分配備了二維加工平臺(tái),可以實(shí)現(xiàn)精度10 μm的精密加工制備樣品。
時(shí)間分辨熒光光譜實(shí)驗(yàn)單元配備鈦寶石飛秒激光器、光參量放大器與瞬態(tài)熒光光參量放大光譜儀,可以用于飛秒時(shí)間分辨的瞬態(tài)熒光光譜研究。采用重復(fù)頻率2 kHz,中心波長800 nm,脈沖寬度小于100 fs的鈦寶石激光放大器作為驅(qū)動(dòng)激光,結(jié)合光參量放大器輸出波長寬范圍可調(diào)諧的可見光波段飛秒激光作為泵浦光,配合瞬態(tài)熒光光參量放大光譜儀進(jìn)行測(cè)量。典型設(shè)置可以測(cè)量500-900 nm范圍內(nèi)的瞬態(tài)熒光信號(hào),時(shí)間分辨率優(yōu)于100 fs,時(shí)間范圍fs-1 ns。該單元可以用于研究激發(fā)態(tài)弛豫、能量傳遞以及電荷轉(zhuǎn)移等光化學(xué)過程。
滕老師,郵箱:hteng@iphy.ac.cn