广东以色列理工学院（GTIIT）物理系教授、“2025全球前2%顶尖科学家榜单”入选者Marcelo F. Ciappina博士近期在阿秒科学领域取得了一项新成果。他与西班牙光子科学研究所（ICFO）的研究团队合作，推翻了“圆偏振光无法产生高次谐波”这一长期固有的观点，为阿秒科学的应用开辟了新途径。他们的研究成果近期发表在物理学权威期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）。

这一方法有望为控制和探测复杂系统中的超快电子动力学提供强大的新工具，从而推动阿秒量子光学这一新兴领域的发展，彰显了广以学者在该领域的领先地位。

期刊简介

《物理评论快报》（Physical Review Letters）是全球顶尖的物理学期刊，也是美国物理学会（American Physical Society）的旗舰出版物。自1958年创刊以来，它始终致力于 “推进并传播物理学知识” 这一学会使命，发表了包括诺奖得主在内的各领域杰出学者开创性研究成果。

关于该研究

高次谐波产生（HHG）是一个物理过程：当一束强激光照射到材料上时，会产生频率高出许多倍的新光，即“高次谐波”。这种新光的脉冲宽度仅有几阿秒（1秒的百亿亿分之一），因此是观测原子和分子内部电子和原子核运动的绝佳工具——这些超快运动是普通的长光脉冲根本来不及“抓拍”的。

尽管已有大量旨在理解高次谐波产生的研究，但一些悬而未决的问题依然存在。例如，人们已经观察到，当入射激光场是相干的经典光源时，其偏振状态对结果起着至关重要的作用。特别地，当光是圆偏振的（其电场在传播时会像螺旋一样旋转），通常就很难在原子中产生高次谐波。

Marcelo F. Ciappina教授与由Maciej Lewenstein 教授领导的ICFO研究团队（包括研究员Javier Rivera-Dean 博士、Philipp Stammer 博士）合作，成功突破了这一瓶颈，颠覆了“圆偏振光不能产生高次谐波”的传统认知。他们的理论表明，只要在激光中引入足够强的“扰动”（涨落），高次谐波就能重新被激发出来。

具体而言，该团队研究了带有经特殊设计的量子涨落的光，这种光由一种称为“压缩”（squeezing）的量子现象引起，无法仅用经典物理学来描述。他们不仅证明了高次谐波的发射，还发现谐波的频率和强度会随着光的量子特性（尤其是“压缩”方式）的不同而发生灵敏的变化。此外，他们还将解释了这一现象背后的电子运动规律与本源。

(a) 强圆偏振经典光场与原子相互作用。圆偏振会抑制高次谐波产生（HHG）。

(b) 本研究所探讨的方案，其中一个偏振分量为压缩态（squeezed state）。在圆偏振条件下，这使得仍能实现高次谐波产生。

研究表明，要在圆偏振下实现高次谐波产生并不需要非经典光，而是要有强烈的涨落——无论这些涨落来自何处。它还揭示了一个诱人的可能性：通过在驱动场中引入有结构的量子涨落来主动定制HHG过程。这为深入研究HHG的基本问题和在阿秒科学中的前沿应用提供了新路径。

原文链接：https://doi.org/10.1103/4hdl-bdwj

Marcelo Ciappina教授于2020年加入广东以色列理工学院物理系。他曾在多所全球顶尖科研机构任职，包括德国马克斯·普朗克研究所、西班牙光子科学研究所（ICFO）、捷克共和国的极端光基础设施光束项目（ELI-Beamlines）、高性能计算研究所（IHPC）（新加坡科技研究局）和美国奥本大学等。

Marcelo Ciappina博士是光与物质相互作用领域的专家，主要从事非线性光学及光与原子、分子和复杂系统相互作用的理论与计算研究。他在《Nature Physics》《Nature Communications》《Physical Review X》《Physical Review Letters》《Physical Review A》等顶级学术期刊上发表了多篇论文，累计发表及合著论文超过200篇，2024年引用次数超过600次。