Electronic Damage Suppression in X-ray Diffraction with Attosecond X-ray Pulses
European XFEL（欧洲自由电子激光）；Institute of Nuclear Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院核物理研究所）；Center for Free-Electron Laser Science CFEL, Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器中心CFEL自由电子激光科学中心）；Department of Advanced Materials Science, The University of Tokyo（东京大学先进材料科学系）；RIKEN SPring-8 Center（理化学研究所SPring-8中心）；Institute for Experimental Physics/CFEL, University of Hamburg（汉堡大学实验物理研究所/CFEL）
本研究针对XFEL应用于无机和小分子晶体学及固体电荷密度研究时的电子损伤问题，提出用阿秒硬X射线脉冲成像，模拟显示其可降低电子激发，为XFEL衍射成像开辟新前景。
2026-08-03 physics.optics
Spatio-temporal coupling of attosecond pulses
到目前为止，产生的最短光脉冲大约是几十阿秒，中心频率在极紫外范围内，带宽超过几十eV。它们通常作为由驱动激光周期的一半分离的脉冲的训练产生，在频域中导致高的奇次谐波的频谱。随着光脉冲变得更短并且光谱更宽，广泛使用的近似包括将光学波形写为时间和空间振幅的乘积不再适用。在这里，我们调查的时间和空间属性的阿秒脉冲的相互作用。我们发现，产生的谐波的发散和焦点位置往往强烈地依赖于它们的频率，导致宽带阿秒脉冲的强色差。我们的论证使用一个简单的分析模型，高斯光学，数值传播计算和实验谐波发散测量的基础上。这种影响需要考虑未来的应用，需要高质量的聚焦，同时保持宽带/超短特性的辐射。
2018-10-15 physics.atom-ph physics.optics
Potential of attosecond coherent diffractive imaging
阿秒科学一直在改变我们对原子、分子和固体中电子动力学的理解。然而，到目前为止，几乎所有的阿秒科学实验都是基于光谱测量，因为阿秒脉冲由于不确定原理而具有固有的非常宽的光谱，并且与传统的成像系统不兼容。在这里，我们报告一个重要的进展，实现阿秒相干衍射成像。利用模拟的阿秒脉冲，我们从一组重叠关联衍射图样中同时重建了扩展物体的光谱、17个探针和17个光谱图像。我们进一步证实了该方法的原理和可行性，成功地进行了重叠关联相干衍射成像实验，使用发光二极管与宽光谱。我们相信这项工作为阿秒成像科学的未开发领域扫清了道路，这可能对不同学科产生深远的影响。
2020-04-05 physics.app-ph physics.comp-ph physics.optics
Submicrometer focusing of isolated attosecond XUV pulses approaching 10$^{16}$ W/cm$^2$
RIKEN Center for Advanced Photonics, RIKEN（理化学研究所先进光子学中心）；State Key Laboratory of Ultrafast Optical Science and Technology, Xi’an Institute of Optics and Precision Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院西安光学精密机械研究所超快光学科学与技术国家重点实验室）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Ultrahigh Precision Optics Technology Team, RIKEN Center for Advanced Photonics, RIKEN（理化学研究所先进光子学中心超高精度光学技术团队）；Research Center for Advanced Science and Technology, The University of Tokyo（东京大学先端科学技术研究中心）
本文展示了一种利用定制椭球镜实现亚微米级聚焦孤立阿秒脉冲的方法，通过刀口测量验证了聚焦斑尺寸，达到了接近衍射极限的0.46 μm×0.36 μm，实现了1.1 GW台式源的峰值强度3×10$^{15}$ W/cm$^2$，并为10$^{16}$ W/cm$^2$提供了可行路径。
2026-04-28 physics.app-ph physics.optics
The broadband pulse diffraction on a half-plane screen and caustic
超短脉冲的衍射改变了其空间和时间结构，这对于利用超短脉冲进行多信道通信和定位至关重要。本文讨论了两个一般性问题：平板吸收屏边缘的衍射和简单焦散线附近的场，讨论了宽带脉冲的演化特征。在频谱和时间域中的屏幕后的脉冲场的空间分布的基本方程制定。对不同波形的脉冲衍射进行了计算，并对结果进行了比较。我们得到了任意初始形式的脉冲场在焦散点附近的积分表示，并对不同波形的结果进行了分析。
2015-10-22 physics.optics
Discrete Huygens' Metasurface: Realizing Anomalous Reflection and Diffraction Mode Circulation with a Robust, Broadband and Simple Design
由亚波长单元组成的超颖表面通常需要大量的单元，这导致了复杂的设计和优化。元表面中的积极离散化可以显著减少一段时间内的单位单元的数量，从而导致对相位和/或表面阻抗覆盖的较低要求。此外，放大的单位单元在组合在一起时将遇到可忽略的相互耦合，因此使超表面设计的过程变得简单。这些优点结合起来允许设计一类新颖的超表面，其支持电磁（EM）波在宽带宽和操作角上的高效重定向。此外，积极离散化的超表面可以实现诸如衍射模式循环的功能，这些功能在其连续对应物中是不受支持的。本文提出了一种简单的透射超颖表面，它可以通过将入射角为-45，0，45 °的平面波分别折射成折射角为0，45，-45 °的平面波来实现衍射模循环。在28 GHz的设计频率下，每种反常折射的功率效率均大于80%，3 dB功率效率带宽为11%。制作了超颖表面并进行了测量，实验结果与模拟结果吻合较好。
2022-01-12 physics.app-ph physics.optics
Convergent-beam attosecond X-ray crystallography
该研究提出利用硬X射线自由电子激光的高功率阿秒脉冲结合会聚束X射线晶体学，借助色散光学元件实现亚飞秒精度的时间编码，可提升小分子串行晶体学的速度与准确性，推动量子晶体学进入阿秒时间尺度。
2024-09-17 physics.optics
Nonlinear reversal of photo-excitation on the attosecond time scale improves ultrafast x-ray diffraction images
本研究利用亚飞秒X射线自由电子激光脉冲，通过受激发射部分逆转辐射损伤，增强衍射信号并降低电荷态，为高分辨率成像和光谱学开辟新途径。
2025-06-24 physics.optics
Metrology of time-domain soft X-ray attosecond pulses and re-evaluation of pulse durations of three recent experiments
软X射线（SXR）到水窗能量区域中的阿秒脉冲提供了用于创建和研究材料中的目标特定局部内壳层电子或空穴的工具，使得能够在阿秒时间尺度上监测或控制动态系统中的电荷和能量流动。最近，一些实验室报道了用几个周期的长波长中红外激光器在百电子伏到千伏范围内产生连续谐波。这些谐波具有支持持续时间为几到几十阿秒的脉冲的带宽。但是，气体介质中产生的谐波具有阿托啁啾，在宽光谱范围内不能被材料完全补偿;因此，实际上，人们可以产生的典型的最短阿托秒脉冲是什么？要回答这个问题，时间阿秒脉冲的准确特性是至关重要的。通过重新分析软X射线谐波报告在最近的三个实验\cite{chang_natcom2017,Thomas_OE2017,Bieger_2017PRX}使用一个新开发的宽带相位恢复算法，我们表明，它们产生的阿秒脉冲都大于约60作为。由于宽带脉冲往往具有远离脉冲的频谱中心的高阶啁啾，因此该算法必须能够在整个带宽上精确地恢复相位。我们重新评估的脉冲持续时间被发现比以前报道的要长。我们还介绍了条纹谱图的自相关（AC）。通过比较来自实验和来自检索的SXR脉冲的AC，可以直接可视化检索结果的准确性，以确保获得正确的相位。我们的反演方法快速、准确，将为未来几十阿秒脉冲的计量提供有力的工具。
2019-05-23 physics.atm-clus physics.atom-ph physics.optics
Broadband diffraction management and self-collimation of white light in photonic lattices
我们提出了一种新型的光子结构，其中衍射强度可以在很宽的频率范围内进行管理。我们介绍了优化的弯曲波导阵列，光束的经验与波长无关的正常，异常，或零衍射。我们的研究结果提出了新的机会，有效的自准直，聚焦和整形的光束产生的白光和超连续光源。我们还展示了如何操纵光图案通过Talbot效应，这是不可能的，在自由空间和传统的光子晶格。
2006-07-25 physics.optics
Broadband diffraction of correlated photons from crystal superlattices
宽带量子相关光子源为量子精密测量、传感和通信提供了宝贵的资源。在这里，我们报告的频率非简并自发参量下转换在一个定制设计的锂超晶格的光谱宽带相关光子的产生。超晶格诱导的非线性干涉，导致实验观察到的梳状发射跨越0.060 μ m和1.4 μ m的光谱带宽分别在0.647 μ m和3.0 μ m波长。除了有用的技术应用，我们的概念提供了一个有趣的类比之间的光学衍射量子和经典光学。
2021-10-13 physics.optics quant-ph
Ultra-broadband Terahertz Perfect Absorber Based on Multi-frequency Destructive Interference and Grating Diffraction
由于其在频谱成像系统和反雷达隐身中的潜在应用，宽频带高吸收材料引起了人们极大的兴趣。本文提出了一种偏振无关、超宽带、全向的太赫兹吸收体，并对其进行了制备和评价。实验结果表明，在0.75~ 2.41THz的频率范围内，薄膜的吸收率可达95%以上。由于层间的多频相消干涉和光栅的阻抗匹配条件，在0.88 THz、1.20 THz、1.53 THz、1.96 THz和2.23 THz处的5个连续吸收峰合并成一个超宽带吸收谱。
2014-09-22 physics.optics
Resonant enhancement of a single attosecond pulse in a gas medium by a time-delayed control field
提出并研究了一种利用飞秒激光脉冲修饰稠密氦气，实现极紫外单阿秒脉冲传输的光相干控制方案。当SAP激发2s2p态时，激光脉冲耦合2s2p（^1P）和2s^2（^1S）自电离态。在通过气体之后，SAP的光谱和时间轮廓被强烈地扭曲。对于特定的激光强度和时间延迟，光谱中出现了窄而增强的尖峰，这首次证实了超短修整场对宽带光子波包的控制。我们分析了光子和电子动力学，并得出结论的敷料条件，最大限度地提高。这一结果展示了阿秒光控制的新的可能性。
2012-09-25 physics.atom-ph physics.optics
Broadband and efficient diffraction
表面形貌决定了表面衍射的确定性功能。为了最大化衍射光学部件（诸如光栅或衍射透镜）将光引导到选定衍射级的效率，必须使其“闪耀”。迄今为止报道的大多数衍射光学元件的效率随波长而变化，并且闪耀仅在特定的标称能量（闪耀波长）下实现。在不期望的阶中的寄生光的存在代表了防止在宽带系统中使用衍射部件的严重限制。在这里，我们实验证明，宽带闪耀几乎一个倍频程可以通过结合先进的光学设计策略和人工介电材料，提供色散色差远强于传统的散装材料。在宽光谱范围内将能量保持在特定阶数的有效函数的可能性可以使先进的研究能够实现对光传播的更大控制，从而产生更紧凑，高效和通用的光学组件。
2013-06-23 physics.optics
Influence of generalized focusing of few-cycle Gaussian pulses in attosecond pulse generation
与准单色波的情况相反，在几个周期的限制下，聚焦的光脉冲可以表现出两个独立的弯曲波前，分别与相位和群延迟相关联。聚焦光学元件通常将不同地影响这两个波前，从而导致脉冲在焦点附近的非常不同的行为。作为限制性的情况下，我们考虑一个理想的衍射透镜引入相位延迟和一个完美的非色散折射透镜（或曲面镜）引入相等的相位和群延迟。我们研究所产生的衍射效应的脉冲，发现两个强烈的变形的脉冲形状和频谱中的移位。然后，我们展示了如何重要的这些影响可以在高度非线性光学，通过研究它们在阿秒脉冲产生的作用。特别是，聚焦效应被发现影响实质上孤立的阿秒脉冲的气体从几个周期的基本光场的产生。
2013-05-31 physics.optics
Two-Dimensional Stimulated Resonance Raman Spectroscopy of Molecules with Broadband X-ray Pulses
推导了用阿秒X射线脉冲获得的二维受激X射线拉曼光谱（2D-SXRS）信号的表达式。计算了反式-N-甲基乙酰胺（NMA）的1D和2D-SXRS信号，其宽带宽（FWHM ~14.2eV，181 as）脉冲调谐到氧和氮的K边缘。在2D信号中的串扰揭示了在芯空穴的存在下价轨道和弛豫轨道之间的电子Franck-Condon重叠。
2012-04-26 physics.chem-ph physics.optics quant-ph
Ultra-broadband Optical Diffraction Tomography
本研究提出超宽带光学衍射层析成像（ODT），覆盖超过150 nm可见光谱带宽并实现150 nm横向分辨率，通过基于脉冲整形的傅里叶变换光谱学获取HeLa细胞的宽带光谱分辨图像，实现了对3D样品中宽带折射率变化的测量与细胞内纳米颗粒的精确三维识别。
2024-04-29 physics.bio-ph physics.optics
On-chip sampling of optical fields with attosecond resolution
具有子周期分辨率的任意电场的时域采样使得能够对系统对电磁照射的响应进行完整的时频分析。这提供了访问的动态信息，这是不单独提供的吸收光谱，最近已被证明，通过测量在红外线时域光场采样提供显着的改进，相对于传统的光谱方法的分子灵敏度和检测极限。尽管有许多科学和技术动机，但在可见光到近红外光谱区域中操作的时域光场采样系统很少可获得，需要大的驱动脉冲能量、大的激光放大器系统、笨重的设备和真空环境。在这里，我们展示了一个全芯片，光电子器件能够在环境条件下采样任意，低能量，近红外波形。我们的固态集成探测器使用光场驱动的电子发射从谐振纳米天线，以实现千兆赫级的开关速度，通过生成片上阿秒电子爆发。这些爆发被用来探测微弱光学瞬变的电场。我们演示了我们的设备采样的电场的~5 fJ，宽带近红外超快激光脉冲使用~50 pJ的近红外驱动脉冲。我们的采样测量恢复了发射纳米天线$in~situ$的弱光学瞬态以及局部等离子体动力学。这种现场采样设备-其紧凑的足迹和低脉冲能量要求-提供了各种应用的机会，包括：在分子指纹区域的宽带时域光谱，非线性现象的时域分析，以及强场光物质相互作用的详细研究。
2020-09-13 physics.ins-det physics.optics
Attosecond correlated electron dynamics at C$_{60}$ giant plasmon resonance
富勒烯具有独特的物理和化学性质，这与其离域共轭电子结构有关。其中，有一个巨大的超宽带-因此超快-等离子体共振，这对C $_{60}$是在极端紫外线能量范围。虽然这种特殊的共振已经吸引了相当大的兴趣，如传感，药物输送和纳米等离子体应用在原子水平上的潜在缩小，其电子特性仍然难以捉摸。这种集体激发的超快衰减时间需要阿秒技术来实时获取光致动力学。在这里，我们发现的作用，电子关联的巨等离子体共振的C $_{60}$通过采用阿秒光电子能谱。我们发现一个特性的光电发射延迟高达200阿秒有关的等离子体激元是纯粹的相干大尺度相关性引起的。这一结果为等离子体共振的量子性质提供了新的见解，并为推进纳米等离子体应用设定了基准。
2021-11-29 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Broadband Fourier-Transform Optical Photothermal Infrared Spectroscopy and Imaging
本研究针对光学光热显微术光谱范围受红外光源调谐限制的问题，采用超宽带同步加速器红外辐射实现覆盖全中红外的光热成像与光谱，提升了光谱范围和空间分辨率，并结合同步微光谱实现小鼠脑组织细胞区分。
2024-06-24 physics.app-ph physics.optics
Zeptosecond Electron Pulse Train and Ultrafast Coherent Control of Quantum States via Multiphoton Inelastic Cherenkov Diffraction
本文研究激光场中电子在慢化波相位光栅上的非弹性衍射散射，揭示涉及多达10^4个光子的相干多光子交换可产生阿秒-仄秒电子脉冲，并提出实现仄秒电子脉冲及量子态超快相干控制的新机制。
2025-07-03 physics.optics
Attosecond Control of Electron Beams at Dielectric and Absorbing Membranes
超短电子脉冲对于基本光-物质相互作用的时间分辨电子衍射和显微镜至关重要。在这项工作中，我们的实验和理论研究的阿秒电子脉冲的产生和特性的光场驱动的压缩和条纹在介质或吸收相互作用元件。可实现的加速度和偏转梯度取决于激光-电子角度、激光的电场和磁场方向以及箔取向。电场和磁场对最终效应的贡献相似，都需要考虑。实验和理论吻合得很好，并揭示了高效，速度匹配的电子场相互作用在纵向或横向方向的最佳条件。我们发现，金属膜是最佳的光电子控制在中红外或太赫兹波长，但介电膜是在可见光/近红外制度，因此是理想的阿秒电子脉冲的形成。
2018-01-24 physics.atom-ph physics.chem-ph physics.optics
Ponderomotive generation and detection of attosecond free-electron pulse trains
在结构变化或化学反应过程中的原子运动动力学已经通过皮秒和飞秒脉冲电子束通过超快电子衍射和显微镜可视化。对原子、分子和固体中更快的电子动力学进行成像需要亚飞秒持续时间的电子脉冲。我们在这里演示了全光产生的阿秒自由电子脉冲串。该概念是基于脉冲电子束的周期性能量调制，通过与由两个飞秒激光脉冲在真空中以不同频率产生的光学行波的有质动力势的非弹性相互作用。随后的色散传播导致电子的压缩和超短脉冲的形成。压缩后的电子的纵向相空间演化映射的第二锁相相互作用。测量和计算谱图的比较揭示了压缩电子脉冲序列的阿秒时间结构，单个脉冲持续时间小于300 as。该技术可用于高重复率下亚光周期自由电子脉冲的剪裁和初始表征，用于亚飞秒时间分辨率的频闪时间分辨实验。
2019-05-13 physics.atom-ph physics.optics
Non-diffracting broadband incoherent space-time fields
空时波包是一种相干脉冲光束，由于其空间和时间光谱自由度之间的紧密相关性，可以实现无衍射和无色散的传输。不相干ST字段的行为，保持其相干波包对应物的时空光谱结构，而失去所有纯粹的空间或时间的相干性是已知的较少。在这里，我们表明，结构的时空谱的非相干场产生宽带非相干ST领域的衍射自由。这些场的强度分布由恒定背景顶部的狭窄空间特征组成。时空光谱工程允许控制该空间特征的宽度，将其从明亮的无衍射特征调谐到黑暗的无衍射特征，并相对于背景改变其振幅。这些结果铺平了道路的新的机会，在空间和时间的联合结构领域的光学相干性的实验研究，利用通常与超快光学技术。
2019-04-03 physics.optics
Energy-scalable single-burst attosecond emission at kiloelectronvolt photon energies
RIKEN Center for Advanced Photonics, RIKEN（理化学研究所先进光子学研究中心）
利用CEP稳定的中红外激光系统与米级弱聚焦低压相位匹配，生成达1.2千电子伏的相干软X射线连续谱，实现过渡金属L边区域的孤立阿秒脉冲产生，并展示多元素宽带吸收光谱能力。
2026-09-09 physics.atm-clus physics.optics
Far-field Imaging beyond the Diffraction Limit Using a Single Radar
在各种成像应用中，超过衍射极限的远场成像是一个长期追求的目标，这通常需要天线阵列或机械扫描。在这里，我们提出了一种替代和新颖的概念，这个具有挑战性的问题：一个单一的雷达系统组成的时空谐振孔径天线（称为奴隶天线）和宽带喇叭天线（称为主天线）。我们从理论上证明了这种谐振孔径天线负责将部分倏逝波转换为传播波，并将它们传递到远场。我们还证明了所提出的亚波长成像策略有三个基本要求：强时空色散孔径，近场耦合，和时间（或宽带）照明。这种单雷达成像的概念提供了独特的能力，当物体被宽带电磁波照射时产生实时数据，这显著地提升了诸如近场扫描、机械扫描或天线阵列的苛刻要求。我们期望这种成像方法将在微波、太赫兹、光学和超声领域的超分辨率成像中取得突破。
2014-06-09 physics.optics
Broadband X-waves with orbital angular momentum
我们描述了最小的无衍射和无色散的超光速波包（X波和一般的超光速局域波），它可以携带一定数量的单位$m$的轨道角动量（OAM）每光子。即使它们的频谱足够宽以合成单极脉冲，OAM也会施加具有与OAM单位一样多的零的时间脉冲形状，因此产生$|m|/2$时间振荡。宽带频谱中的所有频率都显示出来，就像彩虹一样，从漩涡附近的蓝色频率到波周边的红色频率。同时，整个波包经历与$|m|$成比例的蓝移。由于径向红移和OAM蓝移，中心涡旋周围的明亮环的颜色与OAM无关，并且仅由宽带源光谱决定。鉴于OAM的X波具有非常特殊的性质，它们的生成和使用，而不是标准的拉盖尔-高斯模式，可以提高基于OAM的通信和量子密码系统的性能，以及OAM生成高次谐波和阿秒脉冲的效率。
2021-10-10 physics.optics
Broadband model-based inversion enables optoacoustic microscopy beyond the acoustic diffraction limit
声学分辨率光声显微镜（AR-OAM）检索解剖和功能的对比度，从活组织的深度无法达到与光学显微镜。AR-OAM的成像性能已经通过提供高横向分辨率的图像重建算法而得到了提升，但最终受到声衍射的限制。在这项工作中，我们提出了一个新的基于模型的框架，有效地利用扫描对称性的高分辨率重建的AR-OAM图像。该模型准确地占空间脉冲响应和大的检测带宽的球形聚偏二氟乙烯传感器，这有利于显着优于合成孔径聚焦技术，通常采用在AR-OAM图像重建的图像对比度和分辨率。此外，基于L1范数正则化的重建能够分辨与其他方法无法区分的结构，这一点通过数值模拟以及体模和体内实验得到证实。所实现的性能证明了AR-OAM作为一种超分辨率成像方法的适用性，该方法能够突破声学衍射所施加的限制，从而为临床前和临床研究中光学不透明组织的显微镜检查开辟了前所未有的能力。
2020-10-21 physics.bio-ph physics.ins-det physics.med-ph
Attomicroscopy: from Femtosecond to Attosecond Electron Microscopy
在过去的十年中，超快电子衍射（UED）和显微镜（UEM）的发展使原子运动的实时和空间成像成为可能。这些关键的桌面工具为化学、物理、材料科学和生物学等不同科学领域的广泛应用打开了大门。我们首先讨论的基本原则和最近的进展，包括一些重要的应用，UED和UEM。然后，我们讨论了该领域的最新进展，提高了空间和时间分辨率，后者，但是，仍然限于几百飞秒，防止成像的超快动力学的物质的几十飞秒的规模。然后，我们提出了我们的新的光学门控方法产生一个孤立的30 fs的电子脉冲具有足够的强度，以达到在相同的时间尺度上的时间分辨率。这一成就首次允许对物质的电子动力学进行成像。最后，我们证明了光学门控方法产生一个孤立的阿秒电子脉冲的可行性，利用我们最近演示的光学阿秒激光脉冲，这为建立Attomicroscopy领域铺平了道路，最终使我们能够在行动中成像的电子运动。
2018-01-12 physics.atom-ph physics.chem-ph physics.optics
Theory of Attosecond Pulses from Relativistic Surface Plasmas
研究了相对论强激光脉冲在过密等离子体层中产生高次谐波的情况。当等离子体表面以相对论速度向观测者反弹时，会产生（亚）阿秒脉冲形式的高次谐波。考虑不同的情况。详细分析了描述最典型情况的“相对论振荡镜”（ROM）模型。由此产生的谐波谱通常是指数为-8/3的幂律[baeva 2006相对论性]，但考虑了由于“高阶γ尖峰”而可能出现的例外情况。结果表明，在一定条件下，等离子体表面可形成超致密电子纳米束，并发射出相干同步辐射。由此产生的光谱更加平坦，并导致在反射辐射中形成巨大的阿秒脉冲。谐波辐射也被认为是在时域中，其中它们形成阿秒脉冲的训练。它的特点和选择一个单一的阿秒脉冲通过偏振门的可能性。进一步分析了相对论谐波谱中的谱线结构。结果表明，谐波具有固有的啁啾，它可以负责实验观察到的光谱调制。最后，高次谐波产生被认为是在现实的三维几何。它表明，自由空间衍射可以作为一个高通滤波器，改变光谱和反射场结构。高次谐波倾向于通过反射表面自聚焦。这导致自然的角度发散以及焦点位置处的场增强。使用优化的几何形状相干聚焦谐波可以导致比驱动激光器的场显著更高的场。
2011-11-17 physics.optics physics.plasm-ph
Broadband ptychographic imaging for biological samples
针对宽带光源与CDI高相干性假设冲突的问题，提出在叠层重建中引入盲反卷积，无需光谱先验即可恢复生物样品的高质量振幅与相位图像。
2025-01-08 eess.IV physics.bio-ph physics.optics
Tracing the phase of focused broadband laser pulses
精确了解聚焦光束中光的相位行为是理解和控制激光驱动过程的基础。一百多年前，人们发现了聚焦单色光束的轴向相位异常，现在通常称为古伊相位。最近的理论工作带来了问题的有效性，将这种单色相位配方的宽带脉冲变得无处不在的今天。基于电子在纳米尺度金属针尖上的背散射效应，提出了一种亚波长空间分辨率和亚光周期时间分辨率的光场测量方法。在这里，我们报告这样一个直接的，三维测量的光学相位的空间依赖性的聚焦，4-fs，近红外激光脉冲。所观察到的光学相位基本上偏离单色古伊相位-表现出更复杂的空间依赖性，无论是沿着传播轴还是在径向方向。在我们的测量中，这些显著的偏差是规律，而不是聚焦宽带激光脉冲的例外。因此，我们期望广泛的影响，所有宽带激光物质的相互作用，如在高谐波和阿秒脉冲产生，飞秒化学，眼科光学相干断层扫描和光波电子学。
2018-05-29 physics.optics
Ultra-broadband extreme-ultraviolet lensless imaging of extended complex structures
无透镜成像是高分辨率显微镜的一种优雅方法，在成像光学有问题的应用中迅速普及。然而，目前的无透镜成像方法需要将物体放置在明确定义的支撑结构内，而光源需要具有窄的、稳定的和精确已知的光谱。在这里，我们介绍了一种通用的方法，无透镜成像没有光谱带宽限制或样品的要求。我们使用两个时间延迟的相干光脉冲，并表明，扫描脉冲到脉冲的时间延迟允许重建衍射限制的图像中的所有光谱分量的脉冲。此外，一个迭代相位恢复算法，它使用这些光谱分辨菲涅耳衍射图案，以获得高分辨率的图像的复杂的扩展对象没有任何支持的要求。我们证明了这种双脉冲成像方法与倍频程跨越可见光源（在透射和反射几何），并与宽带极紫外辐射的高谐波源。这表明，我们的方法可以有效地使用低通量超宽带源，如桌面软X射线系统，高分辨率成像。
2013-02-25 physics.optics
Inducing And Probing Charge Migration In Molecular Systems
本研究探讨对称性对不同分子系统绝热阿秒电荷迁移的影响，用含时密度表征其空间分布，并借助时间分辨X射线衍射实现了部分案例中诱导电荷迁移的原子尺度成像。
2025-02-24 physics.atm-clus physics.atom-ph physics.optics
Interscale Mixing Microscopy: far field imaging beyond the diffraction limit
我们提出了一个分析描述和实验实现的尺度间混合显微镜，基于衍射的成像技术，能够检测波长/10的物体在远场测量相干和非相干宽带光。该方法的目的是基于物体和有限衍射光栅产生的干涉的远场测量来恢复由亚波长物体衍射的光的空间光谱。分析多个衍射级的单个测量通常足以确定物体的参数。所提出的形式主义打开了大门，在远场的纳米级物体的光谱。
2016-04-18 physics.optics
Broadband space-time wave packets propagating 70 m
脉冲光束在自由空间中的传输距离最终受到衍射和时空耦合的限制。“时空”（ST）波包是具有紧密时空谱相关性的脉冲光束，使其具有传播不变性。在这里，我们探讨ST波包的传播距离的限制。利用专门设计的灰度光刻位相板，合成了宽度为$\approx700$ ~ $μ$ m，带宽为$\sim20$ ~nm的ST光片，确定了传播距离为$\approx70$ ~m。
2019-02-05 physics.optics
XUV Spectral Compression by Four-Wave Mixing
包括高次谐波产生、自由电子激光、软X射线激光和激光驱动等离子体的极紫外（XUV）源被广泛用于从飞秒化学和阿秒科学到相干衍射成像和EUV光刻的应用范围。这些光源发出的XUV光的带宽反映了所使用的XUV生成过程。虽然来自软X射线激光器和XUV FEL的光通常具有相对窄的带宽，但由几个周期的激光脉冲驱动的等离子体源和HHG源发射宽带XUV脉冲。由于给定XUV源的这些特征性质对应用施加限制，因此非常需要能够修改XUV带宽的技术。在这里，我们证明了一个有效的光谱压缩的宽带XUV脉冲通过四波混频（FWM）的宽带近红外（NIR）脉冲在氪气射流的存在下，利用相位匹配方案的基础上紧密间隔的共振的概念。我们的概念提供了新的可能性定制的光谱带宽的XUV光束。
2020-02-26 physics.atom-ph physics.optics
Broadband and energy-concentrating terahertz coherent perfect absorber based on a self-complementary metasurface
本研究提出一种基于自互补棋盘状超表面的宽带聚能太赫兹相干完美吸收器，通过理论分析、数值模拟与太赫兹实验验证其在最低衍射频率下的工作特性，可在深亚波长尺度同时实现宽带运行与电磁波能量聚集。
2017-02-02 physics.optics
Deciphering core-exciton dynamics in CaF$_2$ with attosecond spectroscopy
本研究利用阿秒XUV瞬态吸收光谱结合计算能带投影分析，解析了CaF₂中核心激子的动力学与退相干机制，测得其相干寿命为3-7飞秒，验证了声子介导的退相干过程。
2023-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Phase-matching mechanism for high-harmonic generation in the overdriven regime driven by few-cycle laser pulses
通过激光驱动的高次谐波产生（HHG）产生的孤立阿秒脉冲（IAP）有望通过桌面源的阿秒X射线衍射对生物过程进行前所未有的深入了解。然而，高次谐波对x射线能量的有效缩放受到电离诱导的等离子体产生的阻碍，阻碍了高次谐波辐射的相干积累。最近，它已被证明，这些限制可以克服在所谓的“过驱动制度”的电离损耗和等离子体色散强烈修改驱动激光脉冲在小距离，虽然没有演示IAP。在这里，我们报告的实验比较产生的IAP在氩气和氖气在80 eV通过阿秒条纹测量。对比我们的实验结果与数值模拟，我们得出结论，在氩气中的IAP产生通过电离诱导的瞬态相位匹配门有效的距离上的顺序为100 $μ$ m。我们表明，由于等离子体散焦的强度和蓝移的衰减是至关重要的，允许相位匹配接近XUV截止在高等离子体密度。我们进行模拟不同的气体和波长，并表明该机制是重要的相位匹配的长波长，紧密聚焦的激光束在高压气体目标，这是目前正在采用的缩放隔离阿秒脉冲产生x射线光子能量。
2019-12-17 physics.atom-ph physics.optics
Phase and dispersion engineering of metalenses: broadband achromatic focusing and imaging in the visible
超颖表面有可能使任何光学元件的性能得到改善和提高，其应用范围涵盖电信、计算和可穿戴光学器件。然而，在连续、宽波长范围内保持功能的能力对于它们的广泛采用至关重要。到目前为止，实现这一点的努力已经被限制在反射配置或在可见光以外的波长处的操作。在这里，我们表明，通过明智地选择纳米结构，可以独立地控制相位和群延迟，导致宽带透射消色差超透镜和超透镜在整个可见光谱的可调色散。我们展示了衍射限制的宽带聚焦和消色差成像，使用超透镜在470 nm至670 nm的波长范围内，在200 nm的带宽范围内焦距变化仅为百分之几。该方法仅需要厚度在波长尺度上的单层超颖表面，并且不涉及空间复用或级联。
2017-11-26 physics.optics
Random Lasers for Broadband Directional Emission
宽带相干光源对于传感和光谱应用变得越来越重要，特别是在中红外和太赫兹（THz）光谱区域，其中整个分子的独特吸收特性位于其中。最近，对这种光发射器进行封装的愿望导致了紧凑型片上激光器的巨大进步，这些激光器覆盖了这两个光谱区域。源的长波长和小尺寸导致强烈发散的激光束，其难以聚焦在目标上，目标旨在执行光谱学。在这里，我们介绍了一个非常规的解决方案，这个棘手的问题依赖于一个随机的激光产生相干宽带太赫兹辐射，以及几乎衍射限制的远场发射轮廓。我们的随机激光器不需要任何微调，因此构成了一个有前途的例子，实际设备应用随机激光。
2016-07-11 physics.optics
Broadband quasi-PT Symmetry Sustained by Inhomogeneous Broadening of the Spectral Line
结果表明，在有限的场频率范围内，活性杂质谱线的非均匀展宽可以同时维持介质的宇称（P）和时间（T）对称性，而这在没有展宽的介质中是被因果原理所禁止的。如果传播脉冲的光谱宽度小于非均匀加宽，则这种脉冲的介质变为准PT对称。在有限频域中的宽带准PT对称性的效果，说明在布拉格和劳厄几何形状的脉冲的单向衍射的例子，在光子晶体中传播。
2018-11-18 physics.optics quant-ph
Broadband coherent XUV light from $e^-/e^+$ microbunching in an intense laser pulse
本文提出利用激光脉冲中准中性电子-正电子束的微聚束机制产生宽带相干XUV光，通过模拟证明可形成8阿秒脉冲，并使光源体积比现有方案缩小多个数量级。
2025-07-08 physics.optics physics.plasm-ph
Free-form broadband flat lenses for visible imaging
在没有单独光圈的情况下，透镜的尺寸和焦距分别决定了其分辨率和由数值孔径（NA）和f/#定义的光收集能力。我们利用自由形式的宽带衍射光学元件（BDOE）来创建平面透镜，从f#解耦NA，从而可以独立于其光收集能力来选择透镜的分辨率。具体而言，我们设计，制造和表征了三个BDOE透镜工作在可见波段（450 nm-750 nm），每个具有f/11.25，但NA分别为0.00075，0.0067和0.054。模拟证实，这种解耦是可能的，即使在更高的NA。实验证实了消色差聚焦和宽带成像。其中一个透镜的焦深几乎比衍射极限大2个数量级。这种BDOE透镜在具有大像素尺寸的焦平面阵列中可能非常有用，其中需要保持光收集效率。此外，通过放弃旋转对称性，可以在焦斑中实现自由形式的几何形状，诸如可以更紧密地匹配传感器像素的几何形状的正方形。
2020-08-07 physics.optics
Quantum interference and imaging using intense laser fields
物质波的干涉是量子力学的一个有趣的特征，自从近一个世纪前首次提出以来，它就给研究人员和外行留下了深刻的印象。如今，阿秒科学工具允许我们利用它来从电子波包中提取有价值的信息。强激光场通常用于产生电子波包并以亚飞秒和亚纳米精度控制它们的运动。在这篇透视文章中，我们讨论了强烈的光-物质相互作用的一些特性。我们回顾了阿秒成像中的一些最重要的技术，即光电子全息术和激光诱导电子衍射。我们试图提出和回答一些不经常被问到的问题。例如，如果我们对位置空间信息感兴趣，为什么要在动量空间进行测量？如何从含时薛定谔方程的数值解中准确地反演光电子空间？是什么导致了高次谐波产生和阈上电离的不同相干特性？
2021-08-26 physics.chem-ph physics.optics
Broadband imaging with one planar diffractive lens
我们演示了使用单个平面衍射透镜在可见光波段的成像。这是通过多级衍射光学器件实现的，该多级衍射光学器件被设计为在宽波长范围内聚焦，我们将其称为消色差衍射透镜（ADL）。我们设计，制造和表征两个ADL的数值孔径为0.05和0.18。NA=0.05的透镜具有衍射限制聚焦，在整个可见光谱（450 nm至750 nm）上测量的聚焦效率超过40%。我们用单色和彩色CMOS传感器表征了镜头，并在自然阳光和其他宽带照明条件下演示了视频成像。我们使用严格的电磁模拟来强调ADL可以实现高NA（0.9）和大工作带宽（可见光谱中的300 nm），这是迄今为止尚未采用其他平面透镜技术（如超透镜）的指标组合。这些平面衍射透镜可以在大面积上成本有效地制造，从而可以使各种成像应用广泛采用平坦的低成本透镜。
2017-12-26 physics.optics
Broadband Single-Shot THz Sampling Using Reflection Gratings
Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter（马克斯·普朗克物质结构与动力学研究所）；Department of Physics, Clarendon Laboratory, University of Oxford（牛津大学克拉伦登实验室物理系）
本文提出一种基于商业反射光栅的角度编码单次电光采样（EOS）方法，将测量带宽提升至6 THz以上，免除了定制阶梯反射镜的需求，并证明角色散引起的群延迟色散不会降低单次EOS带宽。
2025-09-16 physics.ins-det physics.optics
Spatially Multiplexed Interferometric Microscopy with one-dimensional diffraction grating
本文综述了采用一维衍射光栅的空间复用干涉显微镜（SMIM）技术，该技术仅需三处改动即可将标准明场显微镜改造为低成本、高稳定的全息显微镜，具备超分辨、反射式等多种成像功能。
2025-01-17 physics.optics
Flexible delivery of broadband, 100-fs mid-infrared pulses in the water-absorption band using hollow-core photonic crystal fibre
本文提出利用抽真空空芯光子晶体光纤在水吸收波段灵活传输宽带、100飞秒中红外脉冲，保持高保真度，优于自由空间和充气光纤，适用于亚皮秒脉冲传输。
2025-01-27 physics.optics
Optimum optical designs for diffraction-limited terahertz spectroscopy and imaging systems using off-axis parabolic mirrors
本研究针对离轴抛物面镜的几何像差影响太赫兹光谱成像系统性能的问题，通过光线追迹和物理光学计算总结设计规则，可实现鲁棒性强、像差极小的衍射极限太赫兹系统，提升成像与光谱性能。
2023-11-03 physics.optics
Spectral splitting and concentration of broadband light using neural networks
本文提出用神经网络逆向设计并实验验证可分裂和集中宽带光的衍射元件 SpliCons，准确率达96.6 ± 2.3%，2秒内完成设计且性能优于局部搜索。
2021-03-09 physics.optics
High-Performance Mid-IR to Deep-UV van der Waals Photodetectors Capable of Local Spectroscopy at Room Temperature
在宽范围的关键应用中，执行具有亚衍射极限分辨率的宽带光学光谱的能力是非常受欢迎的。然而，目前需要复杂的尖端增强技术来实现这一目标。我们通过展示基于二维（2D）范德华异质结构的极宽带光电探测器来绕过这一挑战，该异质结构在室温下对从中红外（MIR）到深紫外（DUV）的十多年能量的光敏感。这些器件具有高探测率（> 10^9 cm Hz^1/2 W^-1）和高带宽（2.1 MHz）的特点。有源区可以进一步小型化到亚微米尺寸，远低于4.1 μ m的最长可检测波长的衍射极限，使这种装置能够容易地测量靠近放置的原子层厚度样品上的局部光学特性。这项工作可以导致低成本和高通量的高光谱成像在纳米级的光电传感器的发展。
2022-02-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
High-repetition-rate terahertz and ultraviolet radiation for high-throughput ultrafast electron diffraction
Max-Born-Institut（马克斯·玻恩研究所）
本文提出了一种基于Yb:KGW激光器的高重复率太赫兹和紫外辐射源，实现了高平均功率的非线性转换，适用于超快电子衍射和光谱研究。
2026-01-05 physics.optics
