В аттосекундной физике ключевое значение имеет не только длительность импульса, но и его фазовая структура. Для корректного описания взаимодействия излучения с веществом необходимо знать как амплитуду, так и фазу электрического поля. Даже незначительные искажения фазы приводят к изменению временного профиля импульса, что особенно критично при длительностях порядка десятков и сотен аттосекунд.
Фазовая характеристика определяется спектральной фазой, которая описывает зависимость фазы от частоты. При заданной амплитудной спектральной характеристике именно форма спектральной фазы определяет временной профиль излучения. Поэтому методы фазовой характеризации позволяют восстанавливать полное электрическое поле, включая тонкие особенности импульса.
Фазовая характеристика импульса может быть разложена в ряд по степеням отклонения частоты от центральной:
Контроль этих параметров позволяет формировать ультракороткие импульсы с требуемыми характеристиками и минимизировать хроматические и нелинейные искажения.
Один из наиболее распространённых методов, позволяющий получать полную информацию об амплитуде и фазе. В основе лежит регистрация спектра сигнала, модулированного во времени известной функцией (часто — автокорреляцией). На основе полученного двумерного спектра решается задача фазовой реконструкции.
Метод основан на интерференции двух спектрально сдвинутых копий импульса. В результате получают спектр, в котором зашифрована производная спектральной фазы. После интегрирования восстанавливается полная фазовая характеристика.
Применяется для характеризации импульсов в аттосекундной области. Короткий рентгеновский или экстремально ультрафиолетовый (XUV) импульс выбивает электроны из атомов, а одновременное присутствие инфракрасного вспомогательного поля изменяет их конечные энергии. Анализируя смещения спектра фотоэлектронов, можно восстановить фазовую структуру аттосекундного импульса.
Метод основан на интерференции побочных полос, возникающих при двухфотонных процессах. Периодические осцилляции интенсивности боковых гармоник содержат информацию о фазе гармоник, из которых формируется аттосекундный импульсный поезд.
Точное знание спектральной фазы позволяет:
Фазовая характеризация является фундаментальным инструментом, без которого невозможна полноценная реализация экспериментов в области аттосекундной физики. Именно она обеспечивает переход от генерации ультракоротких импульсов к их целенаправленному применению для исследования динамики материи на предельно малых временных масштабах.