B-X3 · 用电子能谱计时

阿秒 RABBIT 测量

怎样从电子能谱测出阿秒脉冲串的时长？ 电子边带随延迟起伏，带出了相邻谐波的相位差。把这些相位和标定过的谐波强度合起来，就能还原脉冲串；原子自身贡献的相位也要扣清楚。

扫描极紫外谐波与红外探针之间的延迟，拟合电子计数里的边带振荡。扣除事先给定的原子相位，再还原光脉冲。

五条稳定的奇次谐波与弱红外场，经两条微扰路径使示意气体靶电离。谐波幅度、波长、能量标定和延迟已知，考虑 Gaussian 能量分辨率和 Poisson 计数。原子相位是明确给定的教学参数，没有计算氩原子的真实响应。相位从记录下来的边带计数拟合，不能恢复绝对载波相位和时间原点。源相位范围受限，以免相邻相位出现歧义。重建对象是周期脉冲串，不是孤立脉冲的条纹测量。不模拟高次谐波产生、共振、库仑传播、不同轨道通道重叠、逐脉冲变化和探测器死时间。装置尺寸为示意，延迟滑台位移放大八万倍。剖开的分析器显示示意收集路径，没有求解电场和电子轨道。

移动红外延迟滑台

\tau/\mathrm{fs}

0

拖动青色滑台，或移动下方延迟控制。红外光的往返两程一起变长。

实际镜面位移

\Delta x=0.000\,\mu\mathrm m

探针延迟

\tau=0.00\,\mathrm{fs}

滑台位移放大八万倍；粒子运动为慢放示意。

装置比例与粒子动画

滑台位移放大八万倍。光和电子标记放慢移动，用来说明路径，不代表逐个记录的事件。分析器剖开显示。

测量步骤

扫描延迟，还原脉冲。

滑台依次经过六十四个延迟位置，每个位置把一张电子能谱加入同一次采集。

01设置仪器
02记录扫描
03从计数推断

准备就绪。选好设置，开始扫描。

开始扫描后，计数谱会随采集逐步显示。

已记录计数

电子能量随延迟的变化

尚未采集

$\tau/\mathrm{fs},\quad E_e/\mathrm{eV}$

点击谱图移动延迟探针。颜色按计数平方根显示，CSV 保留线性计数。

检验测量模型

每条边带都带着相位

$\tau/\mathrm{fs},\quad N_{\rm SB}$

选择一条边带。点来自对应能量窗的记录计数和，曲线拟合这些计数和。

先抓重点

核心问题: 怎样从电子能谱测出阿秒脉冲串的时长？
一句话直觉: 计时信息来自实测电子振荡的相位，也依赖原子响应模型。

核心数学模型

两条路径到达同一边带

S_j(\tau)=A_j+B_j\cos[2\omega\tau-\Delta\phi_j-\theta_j]

相邻谐波的相位差和原子相位，都会移动两倍红外频率的振荡。延迟为正，表示红外探针到得更晚。

用拟合相位重建

I(t)=\left|\sum_j a_j e^{-iq_j\omega t+i\widehat\phi_j}\right|^2

幅度是已知标定量。相对相位由边带拟合逐项累加，并按所选方式扣除原子相位。场的绝对相位任意。

常见难点

推断结果依赖测量模型

容易误解测得的相位全部属于光脉冲。

正确理解原子也给两路径信号加上相位。这里的修正是事先给定的外部量；真实原子计算需要更完整的物理。

动手实验

01
记录边带
选择“锁相脉冲串”，采集计数，再分析。
你会看到： 能量—延迟图里，边带随延迟起伏。拟合相位合成反复出现的短突发。
02
保留数据，改变修正
选择“忽略原子相位”，采集并分析，再勾选原子相位修正。
你会看到： 计数图没有改变，恢复出的相位曲率和脉宽却变了。
03
降低计数
选择“计数不足”，比较多次采集。
你会看到： 散粒噪声改变拟合相位。振荡太弱时，不报告脉宽。