http://www.physorg.com/news/2011-08-characterizing-behavior-individual-electrons-chemical.html
August 15, 2011
發表在最新一期 Nature Photonics 期刊的一篇論文中，一個跨國研究團隊使物理學家能有效率拍攝「個別電子的電影上」，跨出重要的一步。若此方法奏效（pans out），將提供一種方式，以空前的細節收集關於「化學反應期間個分子如何交互作用」的資料，其衍生影響不僅僅是基礎科學還包括化學工程與製藥研究。
這些研究者（其中八位來自於 MIT 的電子學研究實驗室 (RLE)）描述一種技術，那應能製造僅持續幾阿秒（attoseconds，1 阿秒等於 10^-18 秒）的雷射光爆發。一個氫原子中的電子要花 151 阿秒繞行來原子核一圈，故在化學反應期間當場追蹤它將需要數阿秒的脈衝。
"如果你能產生持續時間更短的脈衝，那麼你就能夠研究發生在該時間尺度下的動態，" Franz Kaertner 表示，電機工程與電腦科學系兼任教授，他領導此研究。"那能夠回溯到（已故 MIT 電機教授 Harold 'Doc'）Edgerton 的研究，他能夠拍攝到微秒與奈秒範圍內的光學閃光照片。"
阿秒脈衝曾在該實驗室證明過，不過其強度還不足時間解析光譜術（time-resolved spectroscopy）所需，此技術通常用來測量電子動力學。這種新方法不僅能提昇脈衝的強度，其步驟亦較為簡單，使其更實用。
步調一致（Lockstep）
產生超短鐳射光爆發的關鍵在於結合不同頻率的光波。光波能被想成一種規律的、一上一下的波形曲線（squiggle），波形曲線波峰之間的距離則表示它的頻率。當二光波相交時，它們會彼此加強，在此它們的波峰重疊，不過某道光波的波谷能抵銷另一道光波的頂部。光波的正確結合能產生形狀全然不同的新光波。
其他研究者已試著藉由結合雷射光束來產生短暫的光爆發，但他們每一道光束都使用不同的雷射。這使得光束難以同調，令其波谷與波峰在預期之處精確重合。
RLE 研究者與他們的在雪梨、Politecnico di Milano 與漢堡大學的同僚則是使一道雷射光束通過某種結晶體，那將該光束分成不同波長的光束。由於光束源自於單一來源，因此它們仍維持完美的同調性。
短還要更短
雖然這產生非常短暫的光脈衝，不過它們仍不在阿秒的尺度內。故此過程下一步是使脈衝通過某種氣體。當雷射的光子擊中氣體的原子，它們會被吸收，但通常，它們的能量會立即再發射成為新的光子。然而，這些光子的頻率會是原本光子的許多倍。而更高的頻率意味著甚至更短暫的光爆發。
可是，RLE 研究者仍未完成這個最終階段。目前他們使他們的雷射光束通過二次擴大以增強其能量，不過那仍需要更多能量以便從氣體引發更高頻率的光子。研究者表示，增加另一個擴大器，應能辦到這件事，但那呈現出某些工程上的挑戰。
Ian Walmsley，牛津大學物理教授以及該大學超快量子光學小組的領導者，表示，研究者的模組化設計是其長處之一。 "Franz 等人所想出來的巧妙設計就是，利用某些東西，就能以某種隨插即用的風格，非常直接了當的使這些東西全都起作用，一種「同步的」風格，" Walmsley 說。"我認為，這種新方法是很重要的一種，因為，原則上，那允許在這些非常短暫的脈衝內產生高出許多的能量。"
不過 Walmsley 質疑，在 RLE 研究者的過程中添加最終步驟 "對於調高脈衝能量並獲得愈來愈短的脈衝，將不會是一件枝微末節的事。" 但是，他補充道，"我想，那有某些大有可為的事，他們能以它辦到。那也許有些挑戰性，但那能被完成。"
※ 未來可能透過量子效應製造出接近普朗克尺度的雷射。相關報導：
＊ High-energy pulse synthesis with sub-cycle waveform control for strong-field physics
http://www.nature.com/nphoton/journal/v5/n8/full/nphoton.2011.140.html
Shu-Wei Huang, Giovanni Cirmi, Jeffrey Moses, Kyung-Han Hong,＊ K-State 阿秒雷射研究建立在愛因斯坦的研究上
Siddharth Bhardwaj, Jonathan R. Birge, Li-Jin Chen, Enbang Li,
Benjamin J. Eggleton, Giulio Cerullo, Franz X. Kartner
Nature Photonics, 5, 475–479 (2011)
doi: 10.1038/nphoton.2011.140
...Here, we present a light source, using coherent wavelength multiplexing, that enables sub-cycle waveform shaping with a two-octave-spanning spectrum and a pulse energy of 15 μJ. It offers full phase control and allows generation of any optical waveform supported by the amplified spectrum. Both energy and bandwidth scale linearly with the number of sub-modules, so the peak power scales quadratically....
＊ 綠螢光蛋白成為「單細胞生物雷射」的基礎
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