少周期飞秒脉冲及阿秒脉冲产生与测量研究

实验方法主要包括以下几个步骤：
激光系统选择：选择能够产生阿秒量级光脉冲的激光器，常见的有飞秒激光器（femtosecond laser）和飞秒光纤激光器（fiber femtosecond laser）等。

光脉冲压缩：通过使用光学非线性效应将光脉冲进行压缩，以获得更短的脉冲宽度。

常用的压缩方法包括福克-哥里亚转换（FROG）和自相关（autocorrelation）等。

光脉冲测量：通过使用阿秒级离散自相关（ASD，asymmetric spectral dispersion）技术或阿秒级频率梳（AFS，asymmetric frequency comb）技术，对光脉冲的波形和频谱进行测量和分析。

光脉冲调控：根据实验需求，使用光学元件（如光栅、衍射片、非线性晶体等）对光脉冲进行调控，以实现所需的光参数和光学效果。

光脉冲应用：根据实际需求，将阿秒光脉冲应用于不同的实验领域，如超快光谱学、材料科学、量子光学、生物医学研究等。

需要注意的是，阿秒量级光脉冲的实验方法包含复杂的光学设备和技术，需要专业知识和丰富的经验来进行操作和分析。

超快光谱学的另一项进展是使用强激光脉冲与 相对论电子束作用产生汤姆孙散射而反射飞秒 X 激光脉冲 ,利用 X 射线散射诊断和抽运探测设备可 以对飞秒时间尺度的晶体结构进行探测[7] . 研究者 们已经发现在强激光脉冲的辐照下材料非热效应的 烧蚀现象 ,这种方法同样能够监视声学冲击波对材 料造成的结构性改变.
阿秒激光脉冲在其产生和测量上究竟有哪些特 点 ,现在面临的问题是什么 ? 下面结合飞秒脉冲激 光的产生和测量对这些问题作一全面介绍.
1 周期量级的飞秒激光
根据测不准原理 ,极宽的光谱带宽才能支持极 短的脉冲宽度 ,因此 ,要得到脉宽极窄的激光脉冲 , 必须对激光的光谱进行充分的展宽. 而实现这一目
在阿秒科学中 ,主要的问题是从可见光发展起 来的方法不能简单地推广到高次谐波的超紫外区 域. 没有人知道如何将一束高次谐波分成完全相同 的两束 ,而且对目前我们已知的非线性介பைடு நூலகம்来说 ,脉 冲的强度还不足以产生非线性响应.
最近 ,希腊 FORTH 实验室的物理学家们[6] 已经 提出并演示了一种方法来解决这些问题. 首先他们 在产生高次谐波之前就将激发脉冲分成完全相同的 两束 ,有效地解决了产生两个完全相同的脉冲的问 题. 他们解决第二个问题的方法是使用离化的气体 产生高次谐波 ,因为离化气体更容易产生高次谐波. 而同时离化气体还充当了非线性介质 ,以测量脉冲 序列中的脉冲宽度.
30 卷 (2001 年) 11 期
变和控制物质性质和状态的能力. 这就使物理学研 究的范围得到了极大的扩展 ,许多传统的物理概念 受到了强烈的冲击和挑战 ,一门崭新的学科 ———强 场物理[2] 正在诞生.
在这种情况下 ,阿秒脉冲的产生和应用成为人 们奋斗的新目标. 然而 ,要突破现今 317fs 这样一个 对 800nm 波长的激光来说不到两个光学周期的脉宽 界限 ,无论在理论上还是实验上都面临巨大的挑战 , 因此 ,极端条件下的非线性光学和阿秒科学将是未 来几年里超快光子学中最热门的研究课题[3] .

Input pulse Beam-splitter Aperture eliminates input pulses and also any SH created by the individual input beams. SHG crystal Slow detector Vd et( ) A (2) ( )
Baltuska, Pshenichnikov, and Weirsma, J. Quant. Electron., 35, 459 (1999).
超短脉冲测量Ⅲ： SPIDER
Outlines:
What is SPIDER?
How SPIDER works?
SPIDER apparatus X-SPIDER
超短脉冲的测量Ⅰ：自相关法
Outlines
Intensity Autocorrelation Single-shot autocorrelation Third-order Autocorrelation
Intensity Cross-Correlation
Interferometric Autocorrelation
光电子技术 精品课程
飞秒脉冲的测量方案 电子科学与技术 (Measurement of an ultrashort pulse) 精密仪器与光电子工程学院
Outlines
为什么测量超短脉冲是一项挑战? 为什么 要对超短脉冲进行测量? 对超短脉冲的全面描述需要那些测量量？ 光谱仪与Michelson 干涉仪 自相关法 频率分辨光学开关法 (FROG) 光谱相位干涉直接电场重构法 (SPIDER)
强度自相关器
Crossing beams in an SHG crystal, varying the delay between them, and measuring the second-harmonic (SH) pulse energy vs. delay yields the Intensity Autocorrelation:

阿秒脉冲串产生和相位信息重构的对比研究
朱孝先;高亦谈;王羡之;王一鸣;王佶;王兆华;赵昆;魏志义
【期刊名称】《物理学报》
【年(卷),期】2024(73)12
【摘要】阿秒脉冲为研究原子、分子和电子的超快动力学提供了前所未有的测量精度.目前最成熟的方法是使用飞秒激光与气体相互作用产生阿秒脉冲串和孤立阿秒脉冲.阿秒脉冲的时域信息以及电子的动力学信息可以通过阿秒条纹相机或基于双光子跃迁干涉的重构阿秒拍频(RABBITT)方法从能谱图中提取.本文研究了阿秒脉冲串的产生、测量和表征,通过自主设计建造的钛宝石放大器和阿秒束线进行实验获得光电子能谱图,并采用不同方法重构阿秒脉冲串的相位信息.这对于深入理解电子动力学并进行相关测量具有重要意义.
【总页数】10页(P126-135)
【作者】朱孝先;高亦谈;王羡之;王一鸣;王佶;王兆华;赵昆;魏志义
【作者单位】中国科学院物理研究所;中国科学院大学;松山湖材料实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TN9
【相关文献】
1.中红外激光相位测量及阿秒脉冲的产生
2.双色场中驱动脉冲相位对产生高次谐波和超短阿秒脉冲的影响
3.飞秒光脉冲基于交叉相位调制的压缩脉冲对的产生
4.皮
秒类提升脉冲串的产生与传输5.基于法布里-珀罗腔产生飞秒激光脉冲串在硅表面诱导高质量亚波长周期条纹(特邀)
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李斗
副教授
通信网中的资源管理,业务流模型,信道纠错编码
1
曾参加VSAT卫星通信系统的研制，第三代移动通信系统方案评估，基于通用小卫星平台的高中低轨道卫星通信系统的研究，以及国家863计划卫星移动通信方案和设计等项目。研究兴趣包括卫星与地面无线通信中的资源管理，通信网中的业务流模型，以及信息论与编码理论。承担本科生“电子线路实验”和“信息论与编码理论”的教学任务。目前指导研究生5人。
62765830
wmwang@
陈景标
62756853
jbchen@
王建民
62762772
jmwang@
周小计
62755834
xjzhou@
李正斌
62754815
lizhb@
副教授
量子电子学研究所副所长
光电子技术与
生物医学光学
2
主要从事物理与生物医学的交叉学科研究。主要研究：激光生物技术（激光光镊、激光微束、激光微区光谱）、核磁共振成像以及与新型原子钟相关的原子物理研究。承担有国家自然科学基金、973项目和国防863等科研项目。
王为民
博士
副教授
核磁共振与成像技术
3-5
从事核磁共振及成像技术在医疗和石油工业中的应用研究和开发工作,特别是在医疗磁共振成像系统研制、工业核磁共振分析仪器开发、核磁共振技术的可视化石油应用等方面开展了一批具有创新性的研究工作。
王志军
62757494
wangzj@
高繁民
62763330-3
gaofm@
毛新宇
62763330-3
maoxy@
张云峰
62754253
yfzhang@
杨延军
62752140

2
dt ,
2 2 ) - φ ( t) ] i2[φ ( t - τ
1 2
( 7) d t. ( 8)
) = E0 C (τ
4
∫ ε ( t - τ)ε ( t) e
- ∞ 2 1
∞
) 是背景光与强度相干项 , 与 由上式可以看出 , A (τ ) 和 C (τ ) 与位相有关 ,是由位相干涉 位相无关 ; B (τ
- 3
化学反应动力学 、 快点火激光核聚变 、 台面核物理 等 . 1999 年 , 美国加州理工大学的 A. Zewail 由于在 飞秒激光化学研究中的突出贡献而获诺贝尔化学 奖 . 纵观超短激光脉冲产生技术的发展历史 ,其进步 与测量技术的发展是分不开的 , 因此研究探索飞秒 乃至阿秒激光脉冲测量的新技术 , 完整准确地了解 脉冲的宽度 、 位相及形状信息 ,是超快技术研究中非 常重要的内容 .
Abstract Recent progress in ultrafast laser technology has made it possible to generate pulses shorter than 2 cycles , so the accurate measurement of such pulses has become an important branch in ultrafast science. Based on the general description of the conventional autocorrelation method , we review the new developments in femtosecond laser diagnostics. In particular , two novel methods , frequency resolved optical gating ( FROG) and spectral phase inter2 ferometry for direct electric field reconstruction ( SPIDER) , are described. Various measurements using FROG and SPIDER by our group are reported. Key words femtosecond pulse , autocorrelation , spectral interferometry , FROG, SPIDER

不同激光等离子体条件下的阿秒光脉冲产生
马光金;李春来;何进
【期刊名称】《强激光与粒子束》
【年(卷),期】2022(34)3
【摘要】通过一维粒子模拟研究了利用相对论少周期强激光与固体密度等离子体表面相互作用实现单个孤立阿秒光脉冲产生的参数条件。

主要研究描述相互作用的多维参数,如激光强度、入射角和等离子体标尺长度等,对相对论高次谐波能量转换效率和孤立阿秒光脉冲分离度的影响。

研究发现,虽然激光等离子体参数对阿秒光脉冲产生的影响是复杂的,但是存在着能够实现大能量孤立阿秒光脉冲的最佳等离子体标尺长度和最佳入射角。

当其他相互作用条件确定时,使用中等强度的相对论强激光可以在较宽的参数范围内实现孤立的阿秒光脉冲。

大角度入射时,孤立阿秒光脉冲的分离度较高,能够实现孤立阿秒光脉冲的相互作用参数范围也较宽。

【总页数】10页(P75-84)
【作者】马光金;李春来;何进
【作者单位】北京大学深圳研究院;深港产学研基地深圳系统芯片设计重点实验室【正文语种】中文
【中图分类】O53;TN241
【相关文献】
1.燕尾槽衬底内条形锁相列阵激光器亚纳秒光脉冲的产生及测量
2.斜入射激光脉冲与稠密等离子体相互作用产生的阿秒脉冲
3.基于飞秒锁模光纤激光脉冲基频光的r
差频产生红外光梳4.1GHz梳状波调制1．3μmDFB半导体激光器皮秒超短光脉冲产生的实验研究
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诺贝尔物理学阿秒光脉冲阿秒光脉冲是指一种时间极短、能量极高的光脉冲，其脉冲宽度在阿秒量级（1阿秒=10^-18秒）左右。

诺贝尔物理学奖于2018年授予了高谷树一郎和道原秀之，以表彰他们在阿秒光脉冲的研究和应用方面所取得的突破性成果。

阿秒光脉冲的研究不仅对物理学领域具有重要意义，也在生物医学、化学和材料科学等领域展现出巨大的潜力。

阿秒光脉冲具有极高的光强和极短的脉冲宽度，这使得它在研究微观世界和快速动态过程中具有独特的优势。

阿秒光脉冲的产生离不开激光技术的发展。

激光是一种高度聚焦的光束，具有单一波长和相干性。

通过将激光束经过特殊的增益介质放大，可以产生阿秒光脉冲。

而阿秒光脉冲的产生，又为研究物质的基本性质和微观过程提供了一种全新的手段。

阿秒光脉冲在物理学领域的研究中有着广泛的应用。

首先，阿秒光脉冲可以用于研究原子和分子的动力学过程。

由于阿秒光脉冲的时间尺度极短，可以实时观察原子和分子的电子结构和化学反应过程。

这对于理解化学反应机理和开发新的材料具有重要意义。

其次，阿秒光脉冲还可以用于研究凝聚态物质的电子和晶格动力学。

通过观察材料中电子和晶格的运动，可以揭示材料的电子结构和相变机制。

此外，阿秒光脉冲还可以用于研究超快光学现象，如光子晶体、光学波导和光学器件等。

除了物理学领域，阿秒光脉冲在生物医学和化学领域的应用也日益受到关注。

在生物医学领域，阿秒光脉冲可以用于显微成像和分子探测。

通过使用阿秒光脉冲进行显微成像，可以实时观察生物分子和细胞的活动过程，为生物学研究提供了一种全新的手段。

在化学领域，阿秒光脉冲可以用于研究化学反应的速率和机理。

通过观察化学反应的过程和产物，可以揭示化学反应的动力学和热力学规律，为化学合成和催化反应的设计提供理论依据。

阿秒光脉冲的研究和应用正日益深入，但仍面临一些挑战。

首先，阿秒光脉冲的产生和探测技术仍需要进一步改进。

目前，阿秒光脉冲的产生和探测技术仍受到实验条件和设备限制，需要更加稳定和高效的技术手段。

专利名称：少周期量级高能飞秒脉冲产生装置和应用专利类型：发明专利
发明人：常国庆,张瑶,王军利,魏志义
申请号：CN202010790349.5
申请日：20200807
公开号：CN111934176A
公开日：
20201113
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种少周期量级高能飞秒脉冲产生装置，包括飞秒激光器前端、预啁啾管理单元、非线性光纤放大单元、色散补偿单元和非线性脉冲压缩单元；飞秒激光器前端输出的飞秒脉冲序列先经过预啁啾管理单元进行脉冲啁啾量调节，再经过非线性光纤放大单元放大功率同时展宽光谱，之后再通过色散补偿单元压缩获得亚百飞秒脉冲，压缩后的脉冲最后再利用一级基于充气空芯光子晶体光纤的非线性脉冲压缩单元充分展宽光谱并补偿色散即可获得高能量少周期量级飞秒脉冲。

本发明方法将预啁啾放大技术与非线性脉冲压缩技术结合，降低了少周期量级脉冲产生装置的复杂性，提高了少周期量级脉冲的产生效率。

申请人：中国科学院物理研究所
地址：100190 北京市海淀区中关村南三街8号
国籍：CN
代理机构：北京市英智伟诚知识产权代理事务所(普通合伙)
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基于阿秒激光的原子尺度下超快电子动力学实时测量技术摘要：自1960年第一台红宝石激光器诞生以来，缩短激光脉冲宽度一直是激光器设计和制造的重要方向。

半个多世纪以来，激光的脉冲宽度经历了从最早的毫秒、调Q技术的纳秒、锁模技术的皮秒和飞秒再到本世纪千禧年诞生的阿秒激光，使人们对物质世界的了解越来越深入。

超快激光技术让生物、化学和物理的学科界限逐步消失，因为它们的微观基础都是来自于时间尺度在几十阿秒到几十飞秒的电子运动，而阿秒激光超高的时间分辨率为人类了解甚至操控原子尺度下的电子运动提供了可能。

本论文首先简要说明产生阿秒激光脉冲的原理，然后介绍几种基于阿秒激光的泵浦—探测技术（阿秒条纹谱、阿秒隧穿谱、阿秒吸收谱、阿秒光电子谱和阿秒相关谱）以及它们的应用，最后简单介绍近两年阿秒泵浦—探测技术最新的技术进展和研究成果。

关键词：阿秒激光原子尺度电子运动实时测量泵浦—探测0 引言电子是20世纪科技革命的关键角色，而人们预期在21世纪光子将会取代电子成为推动科技进步的主要力量。

但事实是自第一台激光器问世的半个多世纪以来的现在，我们对电子运动的研究才刚刚从宏观和介观进入到微观原子尺度范围内，因此研究电子运动的时代还未结束。

由于原子尺度内电子运动的时间尺度约在阿秒（10−18s）量级，因此直到阿秒激光技术的出现才开启了实时观测原子尺度内电子运动的新时代。

阿秒相干光源在原子和分子内电子运动的探测、原子核结构的探测以及相关的正负电子和γ射线产生等基础物理学研究上有重大的应用价值，在超快信息、生命科学以及材料科学技术等方面创造前所未有的极端条件和提供全新的研究手段。

更为重要的是，生物、化学和物理学科在微观层面是统一的，地球上的生命现象、化学反应和信息能量传递等现象的根本原因是原子、分子和纳米尺度下电子的运动。

基于阿秒激光的泵浦-探测技术能实时测量在原子尺度范围内的电子运动，打破了学科壁垒，让生物、化学和物理学科在同一层面上进行研究；同时也为深入理解光与物质的相互作用和发现光与物质相互作用新现象、新规律提供了研究手段和观测工具。

Make the measurement of as pulses difficult!
14
(III-1) Measurement of as pulse trains
(1) RABITT (Reconstruction of Attosecond harmonic Beating by Interference of Two-photon Transitions) (2) Intensity autocorrelation (3) SPIDER (Spectral Phase Interferometry for Direct Electronic field Reconstruction ) (as pulse trains & single as pulses)
11
Single as pulses
(1’)The ‘‘atomic Pockels cell’’ generation
(Polarization gating)
E E0 f (t)cos(1t)x cos(2t)y
2
E E0 f (t) cos(t) cos(t / 2)x' sin(t) sin(t / 2)y'
3
(I) Introduction
Processes and intervals on different time scales.
4
1 attosecond ~ 10-18 s Characteristic timescale: 150as (Hydrogen atom, Bohr’s Model)
Coherently superposing a broad band of harmonic from the plateau region where all harmonics have nearly equal amplitudes.

少周期飞秒脉冲在氩晶体中高次谐波产生的最优控制
于振江;王锋;庞素娜
【期刊名称】《原子与分子物理学报》
【年(卷),期】2022(39)5
【摘要】采用第一性原理的含时密度泛函理论,系统地研究了少周期高强度飞秒脉冲驱动氩晶体固体产生孤立阿秒脉冲的脉宽、强度随驱动脉冲波形、偏振方向的变化规律.结果发现:1)固体产生的孤立阿秒脉冲对驱动脉冲波形和偏振十分敏感;2)在最优的驱动脉冲波形和偏振情况下,固体产生的孤立阿秒脉冲的宽度与原子气相比没有明显增大的同时,其强度比原子气产生的强度大了接近4倍.结果对固体孤立阿秒脉冲产生及其调控的探索是有帮助的.
【总页数】7页(P119-125)
【作者】于振江;王锋;庞素娜
【作者单位】北京理工大学物理学院
【正文语种】中文
【中图分类】O562
【相关文献】
1.基于固体薄片超连续飞秒光源驱动的高次谐波产生实验
2.飞秒涡旋光与产生的3次谐波在空气中的耦合传输
3.飞秒光脉冲在光子晶体光纤不同色散区产生超连续谱的数值分析
4.椭圆偏振非均匀激光场中氩离子团簇高次谐波发射及孤立阿秒的产生
5.利用氩获得795nm飞秒激光在静态气室中的高次谐波
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阿秒脉冲光的实验方法阿秒脉冲光是一种极短、极强的光脉冲，其特殊的性质使其在物理、化学、生物等领域有着广泛的应用。

为了研究和利用阿秒脉冲光，科学家们开展了许多实验，本文将介绍其中一种常用的实验方法。

阿秒脉冲光的实验方法主要包括以下几个步骤：1. 产生阿秒脉冲光：阿秒脉冲光的产生通常采用飞秒激光器。

飞秒激光器能够产生极短的飞秒脉冲，其典型时长为几十飞秒至几百飞秒。

通过对飞秒激光进行调制和放大，可以得到能量更高、脉冲更短的阿秒脉冲光。

2. 干涉实验：阿秒脉冲光通常用于干涉实验，以研究光的相位和幅度。

在干涉实验中，需要将阿秒脉冲光与参考光束进行干涉。

可以使用干涉仪、干涉滤波器等设备进行实验。

通过观察干涉图样的变化，可以获得阿秒脉冲光的相位和幅度信息。

3. 能谱分析：阿秒脉冲光的能谱分析是研究其频率特性的重要方法。

常用的能谱分析方法包括自相关法和光谱分析仪法。

自相关法通过将阿秒脉冲光与其自身相互作用，得到脉冲的自相关信号，从而得到脉冲的频率特性。

光谱分析仪法则通过将阿秒脉冲光通过光栅或光谱仪进行分光，得到脉冲的频谱信息。

4. 时间分辨实验：阿秒脉冲光的时间分辨实验是研究其时间特性的重要手段。

常用的时间分辨实验方法包括飞秒光闸法、频率混频法等。

飞秒光闸法通过使用飞秒光闸器，将阿秒脉冲光与参考信号进行干涉，从而得到脉冲的时间特性。

频率混频法则通过将阿秒脉冲光与参考光束进行频率混频，得到脉冲的时间特性。

5. 应用研究：阿秒脉冲光在物理、化学、生物等领域有着广泛的应用。

例如，在物理领域，阿秒脉冲光被用于研究量子力学、光电子学等基础科学问题；在化学领域，阿秒脉冲光被用于研究化学反应的动力学过程；在生物领域，阿秒脉冲光被用于研究生物分子的结构和动力学行为。

通过实验研究，科学家们可以更深入地了解阿秒脉冲光的特性，并开发出更多的应用。

阿秒脉冲光的实验方法包括产生阿秒脉冲光、干涉实验、能谱分析、时间分辨实验和应用研究等步骤。

从飞秒脉冲到阿秒脉冲
A．B．KИM;M．Ю．PЯσИKИH;A．M．CepГeeB;白光
【期刊名称】《强激光技术进展》
【年(卷),期】2000(000)002
【总页数】8页(P1-8)
【作者】A．B．KИM;M．Ю．PЯσИKИH;A．M．CepГeeB;白光
【作者单位】不详;俄罗斯科学院应用物理研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN241
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1.多点定位系统脉冲到达时间测量技术研究 [J], 李家蓬;安强;付磊;谢莉
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3.“城区”变“城市”上海“五大新城”谁能率先冲到“C位” [J], 宋杰
4.从洋-陆俯冲到陆-陆碰撞:回眸与展望 [J], 许志琴;郑碧海;王勤
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阿秒光脉冲简介阿秒光脉冲是一种超短脉冲光，其时间尺度为阿秒（atto-second）级别，即每个脉冲的时间仅为10^-18秒。

这种极短的光脉冲具有多种引人注目的特性，对于研究和理解原子和分子的电子运动以及材料的电子动力学行为非常有用。

以下是一些阿秒光脉冲的主要特点和应用：1.极短时间分辨率：阿秒光脉冲的时间分辨率非常高，能够捕捉原子和分子中电子的极短时间行为。

这使其成为研究电子在化学反应中的角色以及分子中电子云的动态行为的理想工具。

2.光谱学研究：阿秒光脉冲可以用于研究原子和分子的电子激发和离子化过程，通过测量阿秒时间尺度下的光谱信息，可以获得关于能级结构和电子态的详细信息。

3.材料表征：阿秒光脉冲可用于研究凝聚态材料中电子和电子激发态的动力学行为。

这对于理解材料的光电性质、载流子传输以及光诱导相变等方面非常重要。

4.光电子发射：阿秒光脉冲通常用于激发材料中的电子，从而产生光电子发射，这对于研究材料的电子结构和电子云的动态行为具有重要意义。

5.生物物理学研究：阿秒光脉冲还被用于生物物理学研究，以探索生物分子中的电子运动和光激发过程，对于理解生物分子的功能和结构非常有帮助。

发展历史1993年，诺贝尔物理学奖获得者亨施提出对高次谐波采用傅里叶合成的方法产生阿秒光脉冲。

1994年，莱文斯坦小组提出了基于量子理论的高次谐波产生的强场近似模型(SFA)。

在这个理论中，他们假设(i)不考虑激发态的贡献；(ii)忽略基态的衰减；(iii)连续态电子不受原子核的库仑作用。

1996年，莱文斯坦小组从理论上证明了单原子模型的计算可以产生阿秒光脉冲。

在同一年，赫里斯托夫等人采用单原子三维模型计算利用小于10fs的激光脉冲产生宽带高效谐波，再通过滤波可以产生100as左右的X射线阿秒光脉冲。

2001年，奥地利维也纳技术大学的克劳茨研究组在实验上成功地利用气体高次谐波产生了脉宽为650 as的单个光脉冲，使光脉冲宽度达到阿秒量级。