2023年諾貝爾物理學獎授予皮埃爾·阿戈斯蒂尼 (Pierre Agostini)、費倫茨·克勞斯 (Ferenc Krausz) 和安妮·盧利爾 (Anne L’Huillier)，“以表彰他們為研究物質中的電子動力學而產生阿秒光脈沖的實驗方法”。

阿秒是時間單位。毫秒是千分之一秒，更小的單位是微秒、納秒、皮秒、飛秒、阿秒、仄秒等，其中1阿秒相當于10?1?秒。阿秒是人類真正在實踐層面計時的最短時間單位，阿秒光脈沖是什么呢？阿秒光脈沖是一種持續時間極短的光脈沖，其寬度小于1飛秒（10 -15 秒）。在這么短的時間內，光只能傳播0.3納米，也就是3個緊緊排在一起的氫原子的長度。阿秒光脈沖具有極高的時間分辨率和空間分辨率，可以用來觀察和控制原子和分子內部電子的運動。

阿秒光脈沖又是如何產生的呢？要回答這個問題，我們需要先了解另一個概念：高次諧波。高次諧波是指當強激光照射原子或分子時，產生的頻率比激光頻率高很多倍的光波。高次諧波可以看作是原子或分子對強激光場的非線性響應，其頻率通常是激光頻率的整數倍。高次諧波具有很多優良的特性，例如寬帶、相干、單色、可調節等。

高次諧波產生的機制可以用一個三步模型來描述：

第一步：當強激光場作用于原子或分子時，外層電子會被拉出原子核的束縛，形成自由電子。這個過程叫做隧穿電離。

第二步：自由電子在強激光場中加速運動，并獲得能量。這個過程叫做加速散射。

第三步：自由電子在強激光場中改變方向，并回到原來的原子或分子中。在這個過程中，電子會釋放出多余的能量，并形成一個高頻光子。這個過程叫做重組輻射。

通過這三步模型，我們可以看出，高次諧波產生過程中涉及了兩個關鍵因素：強激光場和自由電子。強激光場提供了足夠大的電場強度來使電子隧穿電離子，并使電子加速和重組，從而產生高頻光子。自由電子則是高次諧波產生的載體，它的運動軌跡和速度決定了高頻光子的頻率和相位。因此，如果能夠精確地控制強激光場和自由電子的相互作用，就能夠產生具有特定頻率和相位的高次諧波。

審核編輯：劉清