Измерение длительности аттосекундных импульсов представляет собой одну из ключевых задач современной аттосекундной физики. Поскольку временные масштабы порядка 10⁻¹⁸ с значительно меньше пределов прямого детектирования классическими фотодетекторами, требуется использование косвенных методов, основанных на взаимодействии коротких импульсов с электронами в атомах и молекулах. В основе этих подходов лежит регистрация изменений в спектрах фотоэлектронов или излучения, что позволяет восстановить временную структуру импульса.
Одним из первых и наиболее распространённых методов стал метод RABITT.
Принцип работы: В эксперименте используется аттосекундный поезд импульсов, формируемый при генерации высоких гармоник (HHG). При наложении на него инфракрасного (ИК) поля происходит двухфотонный процесс: один фотон из гармонического спектра плюс один фотон ИК-поля. Это приводит к появлению дополнительных побочных пиков (sidebands) в спектре фотоэлектронов.
Анализ: Временные колебания интенсивности побочных пиков зависят от задержки между ИК-полем и аттосекундным поездом импульсов. Измеряя фазу и амплитуду этих колебаний, можно восстановить фазовую структуру гармоник, а затем и временной профиль импульсов.
Особенности метода:
Для регистрации одиночных аттосекундных импульсов был разработан метод стрик-камеры, ставший основным в современной аттосекундной метрологии.
Принцип работы: Электроны ионизируются аттосекундным импульсом, а затем подвергаются действию вспомогательного ИК-поля. В зависимости от времени ионизации электроны получают различное добавочное ускорение, что изменяет их конечный спектр энергий.
Анализ: Измеряя энергетическое распределение фотоэлектронов при разных задержках между импульсами, можно восстановить временной профиль аттосекундного импульса.
Достоинства метода:
Метод FROG-CRAB является развитием стрик-камеры и позволяет полностью реконструировать как амплитуду, так и фазу аттосекундного импульса.
Принцип: Регистрируется спектр фотоэлектронов в присутствии ИК-поля при разных задержках. Эти данные формируют двумерную зависимость — аналог «сигнала огибающей», который затем обрабатывается алгоритмами, схожими с методами FROG в фемтосекундной лазерной физике.
Возможности:
Сложности:
Для исследования когерентности и временной структуры аттосекундных импульсов применяются интерферометрические схемы.
Двойная щель во времени (Temporal Double-Slit): Два аттосекундных импульса, разделённых временной задержкой, создают интерференционную картину в спектре фотоэлектронов. Анализ полос позволяет оценить временные характеристики импульсов.
Межгармоническая интерференция: Используется фазовая разность между соседними гармониками, формирующими импульс. Метод применим для изучения поездов аттосекундных импульсов и позволяет извлечь информацию о когерентности источника.