研究背景
人类对于物质本源的探索与追求是永不停歇的。物理学，从对物质构成和物质运动的哲学追问开始，逐渐演变成对微观世界和运动过程的实验探究。时间一直是物理学中最基本的参量，尤其在微观世界的探索中，微观粒子的运动在更短的时间尺度上进行。在空间上，X射线衍射与扫描隧道显微镜等技术使我们能够以0.1纳米（10的-9次方米）级别的空间分辨率观察微观物体，而粒子对撞机使得我们能“看见”飞米（10的-15次方米）尺度的原子核；在时间上，原子分子中电子的运动速度之快，需要我们借助阿秒（10的-18次方秒）超快脉冲技术，以光脉冲“快门”记录下这些极短时间的奇妙过程。阿秒时间尺度极短，一阿秒之于一秒，正如一秒之于宇宙年龄。
阿秒光脉冲的产生
研究者首先通过将光强约1013瓦/厘米2、波长为1064纳米的红外激光与稀有气体相互作用，获得了最高达33阶的高次谐波，对应最短波长32.2纳米，这是传统非线性光学技术所无法企及的。此外，这次实验清晰地观测到了稀有气体高次谐波的频谱特性：仅有奇数阶次谐波（与体系对称性有关），存在一个微扰区、一个缓变的平台区以及一个与激光参数和气体种类有关的截止区。
在实验上获得了高次谐波之后，相关的理论研究提供了高次谐波产生的物理机制与物理图像。研究者通过数值求解描述电子与光场相互作用的含时薛定谔方程，得到了与实验数据相符合的理论结果。随后库兰德等人和科克姆分别提出了高次谐波产生的半经典三步模型。
三步模型分三步描述了高次谐波的产生过程：第一步，电子在线偏振激光的电场作用下发生隧穿电离，成为近自由电子；第二步，自由电子在时变的激光场中被加速，积累动能；第三步，部分电子在被交变光场拉回到母离子附近时与之复合，将在第二步中积累的能量以高能光子形式向外辐射。三步模型是一个半经典模型，可以通过计算经典电子在光场中的振荡形式给出截止频率更精确的表式：hν≈Ip+3.17Up。学者进一步基于强场近似理论发展了高次谐波产生的全量子理论，验证了三步模型的半经典理论诠释。至此，气体高次谐波产生的理论框架基本成熟。
基于实验技术的不断进步，阿戈斯蒂尼团队通过将钛宝石激光器产生的800纳米近红外飞秒激光作用于氩气，获得了脉宽仅为250阿秒的阿秒脉冲串。这是历史上第一次阿秒脉冲的产生与标定实验。
应用与前景
阿秒光源在极紫外光刻领域有着广泛应用. 2021年,科学家使用13.5 nm的高次谐波光源，在数值孔径0.55的光刻系统中直接单次曝光，成功得到20 nm的特征尺寸，这也是目前使用台面HHG光源光刻的世界纪录. 该结果证实了使用高数值孔径(NA=0.55)的光刻系统的可行性，为ASML在2024年初推出的首款高数值孔径光刻机(TWINSCAN EXE: 5000 system, NA0.55)的研制奠定坚实的实验基础.
利用阿秒激光人类可以去跟踪化学反应中的电子，去了解甚至操控反应的进程，也可以仔细观察光电池和纳米结构中的电子，寻找更高效的太阳能电池和更结实的纳米纤维，还可以用阿秒激光度量超导体中的电子对，去寻找揭开超导秘密的钥匙……阿秒激光不仅可以帮助人类更深入地了解微观世界，也将为人类未来的科技和工业提供全新的可能。
