Спектральная интерферометрия является одним из ключевых методов диагностики в аттосекундной физике, позволяя получать информацию о временной и фазовой структуре сверхкоротких импульсов. В отличие от временной интерферометрии, где основное внимание уделяется анализу зависимости интенсивности от задержки между импульсами, спектральная интерферометрия основана на изучении интерференционной картины в спектральной области. Такой подход позволяет восстановить фазу и амплитуду электрического поля импульсов с временным разрешением, значительно меньшим периода колебаний оптической волны.
Основная идея заключается в разделении исследуемого импульса на две копии, одна из которых проходит через известное фазовое и/или временное преобразование (например, задержку, дисперсию или фазовую модуляцию). После объединения копий формируется спектр, содержащий интерференционные полосы. Анализ этого спектра позволяет:
Спектральная интерферометрия использует преобразование Фурье для перехода между спектральной и временной областями, что делает её особенно мощным инструментом для анализа аттосекундных процессов.
Ключевая трудность в аттосекундной метрологии заключается в том, что спектроскопические методы измеряют только интенсивность спектра, но не фазу. Спектральная интерферометрия позволяет преодолеть это ограничение за счёт интерференции: фаза исследуемого импульса восстанавливается относительно известной опорной фазы.
Методика восстановления включает:
Таким образом удаётся восстановить как абсолютную длительность импульса, так и его аттосекундную структуру.
В области аттосекундной физики данный метод играет особую роль, так как позволяет измерять импульсы экстремального ультрафиолетового (XUV) диапазона, возникающие при высокогармоническом генерации (HHG).
Spectral Phase Interferometry for Direct Electric-field Reconstruction (SPIDER) Использует пару импульсов, один из которых подвергается известному сдвигу по частоте. Получаемая спектральная интерференция содержит полную информацию о фазе исследуемого импульса.
Frequency-Resolved Optical Gating (FROG) Основан на анализе спектра автокорреляции с различной временной задержкой. Хотя метод требует численного восстановления, он широко используется для измерения фемтосекундных и аттосекундных импульсов.
SPIDER-X – адаптация метода для XUV-диапазона, где традиционные нелинейные процессы сильно ограничены. Здесь используются нелинейные взаимодействия на ионах или атомах газа для создания спектрального сдвига.
RABBITT-интерферометрия Является частным случаем спектральной интерферометрии для аттосекундных импульсных поездов. При взаимодействии с инфракрасным опорным полем формируются дополнительные спектральные боковые полосы, из анализа которых восстанавливаются временные задержки.
Современные исследования направлены на расширение спектральной интерферометрии в сторону одиночных аттосекундных импульсов и в область мягкого рентгеновского излучения. Перспективным направлением является использование многоканальных спектрометров и алгоритмов машинного обучения для быстрой реконструкции фазовых характеристик.
Кроме того, развивается идея полной временно-спектральной томографии, где спектральная интерферометрия комбинируется с другими методами (например, с фотоэлектронной спектроскопией), что открывает возможность восстановления динамики электронных процессов с временным разрешением порядка десятков аттосекунд.