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通过结构化太赫兹脉冲控制超快纠缠切换和单重态-三重态跃迁
摘要 提出使用具有空间纹理偏振的太赫兹 (THz) 矢量光束来控制量子点中两个相互作用电子的自旋和空间分布。我们从理论上研究了自旋和电荷电流密度的时空演化，并通过计算并发度量化了纠缠行为。结果表明，这两个方面都可以由驱动场的参数在皮秒 (ps) 时间尺度上有效控制。通过分析两种具有不同电子 g 因子的不同材料 GaAs 和 InGaAs，我们研究了 g 因子与产生有效能级间跃迁所需的自旋轨道耦合类型之间的关系。这些结果对于将量子点应用为量子信息技术中的基本纳米级硬件元素以及根据需要快速产生适当的自旋和电荷电流很有用。
具有纳秒间隔的可调谐 X 射线自由电子激光多脉冲
X 射线自由电子激光器 (XFEL) 的光子束比第三代光源亮 10 个数量级，是科学应用中最亮的 X 射线源 1 – 4 。其独特的波长可调性、飞秒脉冲持续时间和出色的横向相干性被用于多个科学研究领域，包括原子、分子和光学物理、化学、生物、凝聚态物理和极端条件下的物质 5 。X 射线脉冲定制一直是一个非常活跃的研究领域，包括新型超短高功率模式 6、7，极化控制 8 – 10 和双色双脉冲 11 – 18 。双 X 射线脉冲被开发用于进行 X 射线泵/X 射线探测实验，其中由一个 X 射线脉冲引发的超快物理和化学动力学可以通过第二个超短 X 射线探测脉冲来探索。这种脉冲通常是用分裂波荡器11、16或双束流技术15产生的。在双束流模式下，脉冲之间的时间间隔限制在125 fs以内，而使用新鲜切片方案16通常会产生最大延迟约为1皮秒的双脉冲。然而，有些实验需要更长的时间间隔。例如，可以通过用第一个X射线脉冲触发取决于压力的过程，然后在几纳秒后用第二个X射线脉冲探测它们，来研究水滴的爆炸19。可以用延迟超过120纳秒的第二个脉冲来探测X射线在气体装置中引起的丝状效应20。在X射线探针/X射线探针类实验中，两个脉冲都不是用来驱动样品进入不同状态的，但两个X射线脉冲在散射后可以进行有效比较，并用于在明确定义的时间间隔内提取信息。例如，从记录的散斑图案研究了磁性 skyrmion 的平衡波动，这些散斑图案是纳秒范围内两个衰减 x 射线脉冲之间的时间延迟的函数 21 – 25。最近，随着 LCLS 基于 x 射线腔的系统的出现，双脉冲和多脉冲模式传输变得至关重要 26、27。基于腔的 XFEL（CBXFEL）项目目前依赖于 220 ns 双脉冲模式，而 x 射线激光振荡器 (XLO) 28 将使用最多 8 个脉冲串，间隔为 35 ns。许多极端条件下的物质 (MEC) 实验也需要最多 8 个 x 射线脉冲，间隔 ≤ 1 ns，现在可以传输 29 – 31。在本文中，我们完整描述了一种新型双桶方案，该方案在 LCLS-I 和 LCLS-II 波荡器上使用铜直线加速器 32 – 34 运行。我们使用在不同射频 (RF) 桶中加速的两个电子束将 x 射线脉冲延迟范围扩展到 1 ps 以上。使用现有的 S 波段加速结构，工作频率为 2.856 GHz，可用的最小时间延迟为 ∼ 350 ps，对应于单个桶分离。延迟可以按整数桶数进行控制，也可以按 350 ps 的步长控制，最高可达数百纳秒。基于超导加速器技术的现有和计划中的高重复率 FEL 机器将产生重复率为 MHz 量级的光子束串，因此 XFEL 脉冲之间的最小距离比使用所提出的方案可实现的距离长得多。FERMI 展示了一种类似的技术，可以产生最大分离为 ∼ 2.5 ns 的双电子束。然而，激光过程仅限于极紫外波长。
增强的X射线发射与螃蟹脉冲星的巨型无线电脉冲一致
teruaki enoto 1† *，toshio terasawa 2,3,4† *，shota kisaka 5,6,7† *，下巴hu hu 1,8,9† *，塞巴斯蒂安·吉洛特10，塞巴斯蒂安·吉洛特10，Natalia Lewandowska 11，Natalia Lewandowska 11，Christian Malacaria 12,13，Christian Malacaria 12,13,13,13，Paul S. Ray 14，Wiyn wyn wyn wyn wyn wyn wyn wiy n.ho 11,15，爱丽丝·K Ick Foster 24，Yasuhiro Murata 25,26,27，Hiroshi Takeuchi 25,27，Kazuhiro Takefuji 26,28，Mamoru Sekido 28，Yoshinori Yonekura 29，Hiroaki Misawa 30，Fuminori Tsuchiya Tsuchiya 30，Takahiko Aoki 31，Takahiko aoki 31，Muntechi 32，Munthy 32 ，35，Tomoaki Oyama 33，Katsuaki Asano 2，Shinpei Shibata 36，Shuta J. Tanaka 37
Markus Gafner、Stefan M. Remund、Michalina W. Chaja 和 Beat Neuenschwander* 通过结合以下技术，利用超短激光脉冲实现高速激光加工
对于工业应用而言，工艺总成本通常是限制超短脉冲激光系统广泛应用的因素。除此之外，产量是该技术成功实施的关键因素，产量不仅要求工艺优化，还与激光系统的平均功率成正比。因此，过去通常要求更高的平均功率。但如今，能够全天候运行的工业用超短脉冲激光系统提供高达 200 W 的平均功率，而研究开发则超过了 kW 级。例如在 2018 年，相干组合超快光纤激光器证明了其平均功率为 3.5 kW，脉冲持续时间为 430 fs，重复率为 80 MHz [5]，最近这一值已被突破，达到 10.4 kW 的平均功率 [6]，脉冲能量约为 130 µJ，脉冲持续时间更短，为 254 fs。使用盘式放大器可以在较低的重复频率下实现更高的脉冲能量，例如，在 [7] 中，对于脉冲持续时间为 1 ps 的脉冲，在重复频率为 2 kHz 时，脉冲能量为 97.5 mJ。使用 innoslab 技术 [8] 也可以实现高平均功率，早在 2010 年，就已证明了在重复频率为 20 MHz 和脉冲持续时间为 615 fs 时的平均功率为 1.1 kW [9]，最近又证明了在重复频率为 500 kHz 时，脉冲持续时间为 30 fs 时的平均功率为 530 W [10]。因此，未来平均功率不足将不再是问题，而挑战在于如何通过保持高加工质量来解决这个问题，这将在以下章节中说明。
研究文章高能量，高度重复利率的紫外线脉冲来自效率增强的频率频率激光
摘要在这项研究中，证明了以100 Hz运行的高能量，暂时形状的皮秒紫外线（UV）激光，其脉冲通过级联的再生和双pass型级增长量增强至120 MJ，从而增加了10 8的增长。具有精确的操作和优化，放大激光脉冲是时间和空间结构域中的平流，以维持高纤维效果，这显着提高了随后的第三次谐波（THG）的转换效率（THG）。最后，在355 nm处获得91 MJ，470 ps脉冲，对应于高达76％的转化率效率，据我们所知，这是高重复速率率Picsecond Laser的最高效率。此外，紫外线激光器的能量稳定性优于1.07％（均方根），这使该激光成为包括激光调理和微型制作的各种领域的有吸引力的来源。
利用阿秒单周期脉冲进行相干电子位移进行量子信息处理
相干电子位移是处理量子信息的一种传统策略，因为它能够将原子网络中的不同位置互连。处理的效率依赖于对机制的精确控制，而这种机制尚未建立。在这里，我们从理论上展示了一种新方法，即利用阿秒单周期脉冲，在比电子波包动态扭曲更快的时间尺度上驱动电子位移。这些脉冲的特征依赖于向电子传递巨大的动量，导致其沿单向路径位移。通过揭示编码量子叠加态的位移波包的时空性质，说明了这一场景。我们绘制出相关的相位信息，并从原点远距离检索它。此外，我们表明，将一系列这样的脉冲应用于离子链，能够以阿秒为单位控制电子波包在相邻位置之间来回相干运动的方向性。扩展到双电子自旋态证明了这些脉冲的多功能性。我们的研究结果为使用阿秒单周期脉冲对量子态进行高级控制建立了一条有希望的途径，为超快速处理量子信息和成像铺平了道路。
提高对电磁脉冲的适应力的研究和开发需求
科学技术政策办公室 (OSTP) 是根据 1976 年《国家科学技术政策、组织和优先事项法》成立的，旨在为总统和总统行政办公室内的其他人员提供有关经济、国家安全、国土安全、卫生、外交关系、环境、资源的技术回收和利用等方面的科学、工程和技术方面的建议。OSTP 领导跨部门科学技术政策协调工作，协助管理和预算办公室每年审查和分析联邦预算中的研究和开发，并作为总统在联邦政府主要政策、计划和方案方面的科学技术分析和判断的来源。更多信息请访问 http://www.whitehouse.gov/ostp。
幼儿园量子力学毕业生
高功率激光脉冲一直是科学研究的重要组成部分，自Chirped Pulse Amplifation（CPA）发明使他们的一代变得更加可行。它们对于从激光唤醒物理学的应用研究（例如激光唤醒场）到对激光 - 血压相互作用的更基本研究以及探测非线性真空量子动力学（QED）效应的更多基本研究至关重要。2因此，已经对这些高功率脉冲的时间和空间方案的表征进行了大量研究。光的轨道角动量（OAM）是量化的电磁辐射自由度，其特征是梁u的横向相反的方位相依赖性； /þ / e l h，其中uðq; /; zÞ是该函数，它表征了圆柱坐标中的横向图，而L是方位角模式数，它量化了模式的OAM。与更熟悉的旋转角动量（SAM）不同，该动量与光的圆极化状态有关，OAM是无限的，可以采用任何整数值。自艾伦（Allen）等人以来。首先是电磁波
通过激光脉冲和衰变的相应驱动实现量子相干性
其中 T 是时间排序算子。虽然 U(t2,t1) 的显式计算极其困难，但显然时间相关哈密顿量引起的动力学将 t1 时的量子态双射映射到 t2 时的量子态，并保持相互的标量积。因此，如果系统最初处于高熵 S>0 的混合态，它将永远保持混合态，且熵完全相同。即使对 H(t) 在时间上的完全理想控制，也无法以这种方式产生相干性。因此，必须考虑开放系统。生成单一状态的标准方法是使感兴趣的系统与冷系统进行热接触。一般来说，这是一个极其缓慢的过程。目标量子态必须是某个给定系统的基态。另外，一般的光泵浦和特别是激光冷却 [1] 都是利用共振泵浦和自发衰变来降低微观系统熵的成熟技术。最近，工程耗散已被认为是在小型 [2-4] 和扩展系统 [5,6] 中产生目标纠缠量子态的一种手段。实验上，已经证明了两个量子比特 [7,8] 和两个捕获的中观铯云 [9] 存在纠缠。在本文中，我们表明，如果涉及中间、高度激发和衰减态，周期性驱动可以使量子系统收敛到相干量子态。关键方面是泵浦脉冲周期与内部过程的时间常数（这里是拉莫尔进动）的可比性。这将我们的提议与已建立的光泵浦协议区分开来。完全无序的初始混合物可以变得几乎相干。最终混合物的熵仅为 S ≈ kB ln2，对应于两种状态的混合。一个吸引人的优点是，一旦关闭驱动，林德布拉衰变就不再重要，系统仅受哈密顿动力学支配。本研究的重点是通过示范性方式展示在周期性激光脉冲作用下小自旋系统中熵的大幅降低。选择该系统的动机是量子点中电子自旋与核自旋相互作用的实验[10-17]。所研究的模型也适用于分子自由基中的电子自旋[18]或分子磁体，见参考文献[19-21]。在有机分子中，自旋浴由有机配体中氢原子核的核自旋决定。
由 1 kHz 钛宝石激光脉冲泵浦的光参量放大器的高转换效率，可产生可调谐的高次谐波
摘要：我们报告称，通过将市售的 Ti：Sapphire 飞秒、1 kHz 激光系统与光参量放大器 (OPA) 相结合，实现了近 50% 的高转换效率。对于 1 kHz 和 35 fs 持续时间的 2.2 mJ/脉冲的输入能量，在信号波长为 1310 nm 时，信号加上闲置脉冲的总 OPA 输出能量为 1.09 mJ/脉冲。我们发现，由于 OPA 中的高增益饱和，输出光束轮廓几乎是平顶的。利用信号脉冲，我们在气体中产生高次谐波，并测量从氩气中电离的光电子的速度图图像与信号波长的关系。我们观察到，在高次谐波光子能量的特定范围内，在低动能区域观察到四倍光电子角结构。我们的结果表明，具有高转换效率OPA和超高斯光束轮廓的输出脉冲可用于需要在极紫外区域产生可调谐高次谐波的实验。