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科学研究

飞秒超快光物理

飞秒级(10-15)瞬态激光的出现,开辟了全新的物理研究和技术创新的新领域,成为近二十年物理学最重要进步之一。我们从上世纪90年代初起,发展了瞬态激光光谱的研究。综合运用多种飞秒时间分辨光谱测量系统,包括飞秒时间分辨荧光上转换实验系统、飞秒时间分辨光学参量实验系统、超连续白光泵浦探测实验系统、飞秒偏振光谱探测系统和飞秒时间分辨成象实验系统等研究生物体超快光动力学过程和超快非线性光学材料等物性。并同时为极短时间尺度下的物理研究提供的新方法和新手段,研究超短脉冲在晶体中的成丝和多次聚焦等新现象的本质,实现新的脉冲压缩方式,产生新的相干光源。利用周期量级飞秒脉冲的高度非线性过程,产生阿秒脉冲,实现极端超快过程的探测。

飞秒超快光物理研究方面下一步研究工作除继续保持光子材料超快动力学和器件研究上的优势外,将拓宽到生物和生命科学中超快光工程及具有重大能源需求的太阳能电池材料的超快光动力学研究。开展“超快光谱在交叉及重大需求中的应用研究”。


介观光学与光电子学

随着物理尺度的减小,特别是处在通常认为的微观世界(原子分子的尺度)和宏观世界(经典物理可以使用的尺度)之间时,物理系统运动状态和规律发生变化,量子效应显现,出现大量新奇物理现象。这方面研究属于介观光学研究的范畴,是当代物理科学研究最为活跃的领域之一。围绕介观尺度下光学研究,我们近年来,积极开展小尺度光学研究,并强调以服务于新的激光技术和光信息科学需求作为研究的目的。近来年,光学所在介观光学与光电子学研究中取得了一系列重要进展。例如,利用掺杂有机无机复合光子晶体,实现低阈值超快速全光开关;利用飞秒激光微纳加工技术,在透明固体介质体内制备集成光子学元器件;发展了周期性纳微金属结构及其界面的格林矩阵方法,为纳米器件的设计提供参考;国际上首次发现高品质因子的外部光学回音壁模式,在高灵敏生化传感等领域中展现了重要潜力;借助介观光学结构,显著提高了有机电致发光的效率。

介观光学与光电子学方面进一步的研究将侧重设计与制备新型光子学与光电功能材料。基于新型介观结构,制备高性能电致发光和太阳能电池器件。利用飞秒激光三维纳米制备新技术,制备纳米光子学元器件。利用高品质光学谐振腔,研究低功率下的非线性光物理和集成光子器件等。


原子与分子物理
   
原子分子物理学是以原子、分子这一物质微观层次为研究对象的物理学分支,它主要研究原子、分子的结构、性质、相互作用和运动规律。随着激光强度的不断增强,强场中外场与原子分子形成了一个强相互作用的体系,理解认识这样的关联体系以及电离、解离电离、高次谐波产生等新现象的物理实质和规律,具有深刻的物理意义。我们开展了超快超强激光场中的原子分子物理的行为及其光调控物理研究,研究分子在飞秒强激光场作用下的取向、电离、解离、构型变化、库仑爆炸和高次谐波产生等超快动力学过程,揭示强激光场下上述分子动力学过程的物理本质,进而实现特定过程的控制。发展了一种纯外差弱光偏振光谱法来测量分子在飞秒激光脉冲作用后的取向程度,同时开展强激光下所获得的取向分子作为一类新的研究介质的应用研究。理论上提出并实验验证了利用所制备的取向分子,实现取向分子对周期量级超短飞秒激光频谱的连续改变。光学所建立了高功率飞秒激光和冷靶反冲离子动量谱仪装置,实验上研究了激光强度处于原子双电离阈值附近的电子关联问题。理论上,我们开发了直接数值求解两电子原子含时薛定谔方程的大型并行程序,研究氦原子在单个或者两个阿秒脉冲作用下多光子双电离的动力学过程,三核单电子分子离子H32+在静电场和低频激光场中的电离动力学,具有啁啾的单个或者两个阿秒脉冲作用下原子的电离动力学,周期量级飞秒激光对氢负离子电离谱的载波包络相位效应等。

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