数アト秒精度で2つのアト秒レーザーによる波動関数の干渉を測定~高精度の量子制御を実現~

2025-11-19 早稲田大学

早稲田大学理工学術院の新倉弘倫教授らとカナダ国立研究機構・オタワ大学の David Villeneuve 博士らの共同研究グループは、極端紫外領域で発生させた2つのアト秒レーザーパルスを用い、ヘリウム原子の電子波動関数の時間変化を「約174アト秒周期」で観測することに成功しました。従来、アト秒レーザーパルスによる電子運動観察では装置が複雑かつ高価で、2つのパルスの時間差制御にも大きな課題がありました。本研究では、赤外レーザーパルス ω と紫外レーザーパルス 2ω を同一路径で使用し、2つのアト秒パルスを同一光学経路上で生成する新たな手法を開発。1パルスを分割する従来法に比べ、光学経路差ゆらぎが排除され、数アト秒の時間差制御が容易になりました。この技術により、分子や固体試料におけるゼプト秒(10⁻²¹ 秒)級現象の観測、電子の量子状態制御につながる材料・構造の設計といった、新たな量子制御時代の開拓が期待されます。

数アト秒精度で2つのアト秒レーザーによる波動関数の干渉を測定~高精度の量子制御を実現~

図1. ヘリウム原子の4pリドベルグ準位の、174アト秒周期での電子波動関数の位相変化。2つのアト秒レーザーパルスの時間差を変えて測定

<関連情報>

2色XUVパルスを用いたアト秒波束干渉計 Attosecond wave-packet interferometry using two-color XUV pulses

D. M. Villeneuve and Hiromichi Niikura
Physical Review A  Published: 10 November, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/zwlz-c743

Abstract

We generate two attosecond pulse trains (XU⁢Vω and XU⁢V2ω⁢) by focusing an infrared (IR,ω) laser pulse and its temporally advanced second harmonic field (2ω⁢) into an argon gas jet. Using the two XUV pulses and another infrared pulse, we perform two types of experiments for electron wave-packet interferences with attosecond time resolution. The delays between three pulses, XU⁢V2ω⁢, XU⁢Vω, and IR, are independently controlled. First, at a fixed delay between the XU⁢V2⁢ω and the IR pulses, we record the velocity map images of photoelectrons ionized from helium as a function the two XUVω pulses. The photoelectron signal intensity is modulated with the period corresponding to the energy separation between the 1⁢ and 4⁢ states of helium, 174 as. This indicates that the 4⁢ Rydberg state is populated by harmonic 15 (15ω⁢) in both XU⁢V2ω⁢ and XU⁢Vω pulses. Second, we overlap XU⁢V2⁢ω with the IR pulse in time and record the VMI images as a function of the two pulses. By analyzing the interference pattern in the VMI images, we find that harmonic 13 (13ω) from XU⁢V2ω⁢ is responsible for the generation of the wave in the ionization continuum. Our method of using two XUV pulses containing different sets of harmonics can simplify attosecond XUV interferometry experiments.

1700応用理学一般
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました