中研院阿秒脈衝技術 領先全球

中國時報 B4/科學周報 2008/11/23

陳至中/專題報導

秒的閃光攝影技術,將對人類生活產生無比助益,但如何製造阿秒脈衝?按照傅立葉轉換理論,要達到越短的時間寬度,相對的頻譜則要越寬,各團隊有各自的技術。利用電子與原子碰撞的方法,目前德國慕尼克研究院團隊已達到80阿秒,但其製造出的軟X光射線運用有限;我國中研院憑藉分子振盪,加上本土優秀的液晶面板技術,達成單一周期440阿秒脈衝,更有應用價值。

中研院原子與分子科學所研究員孔慶昌解釋,我國與德國的作法大不相同,德國團隊大致可分為3個步驟:第1步,用高能量雷射,踢出原子中的電子;第2步,將電子加速;第3步,帶回與原來的原子碰撞。如此一來,就能產生80阿秒的脈衝。該團隊運用此脈衝,已可成功觀察深藏在原子中的電子的游離過程,「或許過幾年後,可以得到諾貝爾獎!」

但德國這個作法有其缺點,以此技術產生的阿秒脈衝所產生的光子能量大都散落在軟X射線的能量範圍內(30-100eV),可用來偵測單一原子、小分子,但不能穿透生活中一般的凝態物質、生物分子系統,無法使用於一般的觀察應用中。中研院製出的阿秒脈衝則彌補此缺點。

孔慶昌表示,中研院團隊使用的方式類似收音機中FM的原理,只是不用電晶片,改用氫分子。用實驗室中的高解析波長可調的脈衝雷射作為驅動光源,利用氫分子的震動對入射光作調變,成功地產生一個頻寬極寬、頻率涵蓋近紅外光、可見光、紫外光的光譜,相等於波寬約440阿秒的脈衝。

孔慶昌表示,440阿秒脈衝能穿透一般凝態物質,未來可運用於多種電子與物質動態的研究,有別於德國做出的軟X射線,因此中研院可保有世界領先的地位。台灣之所以有這方面的優勢,部分在於學界與工業界皆擁有先進的液晶面板技術。中研院與交大教授潘犀靈、趙如蘋合作,自製超寬頻液晶相位調制器,調整各個頻率的電場相位,此為產生阿秒紫外光脈衝的關鍵技術。