诺贝尔物理学奖迎来第5位女性得主

第一步首先为强激光作用下的隧穿电离过程，超快强激光场使气体原子的库伦势发生倾斜，使得电子能够以隧道电离的方式逃离原子核的束缚，成为准自由的电子；

第二步是电子加速，隧穿电离后的电子在外加激光电场的驱动下进行加速，通过加速运动积累一定的动能；

第三步是复合发光，加速电子在反向电场的作用下，以一定概率再回到电离的原子核附近并与之复合，在复合过程中电子将以光的形式释放所积累的动能和电离能，表现为高次谐波。

三步模型理论不仅完美的诠释了高次谐波的机理和过程，而且也能说明只有奇数倍谐波产生的原因，由于气体具有中心对称性，而偶数倍的谐波不满足中心对称；另外驱动电场每个半个振荡周期发射一次谐波，不同周期内产生的谐波会相互干涉，考虑到相邻的振荡周期相差一个π相位，因此偶数倍谐波干涉相消，而奇数倍的谐波干涉由于相长可被保留下来。此外当驱动飞秒脉冲为仅包括不多振荡周期或接近单个振荡周期的极短脉冲时, 其产生的高次谐波谱可能是连续的，而不是常规离散的。连续的HHG光谱意味单个孤立阿秒脉冲，而不是由一系列阿秒脉冲组成的脉冲串。

实际上就在 Paul Corkum 发表三步模型理论的前一年，匈牙利固体物理研究所的 Gyozo Farkas and Csaba Toth 就认识到HHG由于类似锁模的特性，是产生阿秒激光脉冲的可行方式，并通过计算表明可以获得100as的激光脉冲。另外从脉宽与带宽的测不准原理，由于HHG所处的极紫外波段，时域上对应阿秒的脉冲宽度也是不难理解的。

但如何证明高次谐波的脉宽就是阿秒呢？如果是，那到底是多少阿秒？这就需要通过实验来回答。

尽管自此之后有大量HHG的理论和实验研究报导，由于缺乏令人信服的实验测量结果，因此频域上的高次谐波并不能在时域认为是阿秒脉冲。直到2001年，才由两个研究组分别报告了令人信服的测量结果——

一个是由法国的P.M.Paul等人与荷兰的同事合作，通过双光子、双电离测量由40fs的飞秒钛宝石放大激光与Ar气相互作用产生的高次谐波相位，得到了脉冲宽度为 250as、相邻脉冲间隔为1.35fs的阿秒脉冲串（Science，Vol.292, 1689-1692）；

另一个则是由时在维也纳技术大学的 Ferenc Krausz 教授等人与加拿大Paul Corkum和德国同事的合作，在使用7fs的飞秒钛宝石放大激光驱动Ne气产生HHG的基础上，通过互相关测量该7fs驱动激光与滤波HHG后的90eV极紫外光在Kr气中产生的光电子动量分布，证明了150as的时间分辨测量能力，获得了650as的单个孤立阿秒脉冲（Nature，Vol.414，509-513）。

阿秒时代

孤立阿秒光脉冲的产生，为阿秒激光的实际应用打开了新的大门，标志着超快研究阿秒时代的来临。由于其重要意义，次年的Nature及Science杂志都将其评为当年的10大科学进展之一。

人类对于极限的追求从未止步过，随着阿秒脉冲的成功测量，不仅激发了人们对于产生更短阿秒脉冲的热情和兴趣，也催生了许多新的应用研究。

在玻耳的原子模型里，电子绕原子核一周的时间为152as，这是人们此前从未能够测量的微观世界。尽管利用飞秒脉冲实现了对分子结构的动力学追踪，但是对于捕捉发生在阿秒时间尺度的电子运动，却是全新的课题。

由于核外电子的运动决定着物质的特性，因此对于电子的动力学测量和控制，成为涉及多个学科的重要内容，随后有关光电效应、凝聚态物理中电子的跃迁、瞬态超导、阿秒磁学等相关应用研究层出不穷。

在阿秒产生方面，也相继出现了偏振选通、双色场选通、阿秒灯塔、长波驱动等产生技术，孤立阿秒脉冲的脉宽也从最初的650as推进到了目前43as的世界纪录。

高次谐波作为阿秒脉冲的孪生体，或物理过程的另一个方面，随着阿秒脉冲的发展也得到了进一步的发展和重视，无论在脉冲能量、还是在截止波长与重复频率等方面，近10年来都取得了重要进展，如日本理化研究所绿川与高桥的研究组采用太瓦级的飞秒激光驱动气体高次谐波，得到了单脉冲能量微焦耳量级的高次谐波；美国科罗拉多大学 Margaret M Murnane 和 Henry C Kapteyn 夫妇教授的研究组与维也纳技术大学 Andrius Baltuska 教授的研究组合作，采用3.9um波长的飞秒放大激光作为驱动光源，得到了截止频率1.6keV、对应谐波级次5500阶的HHG。

这些工作进展不仅本身具有很多重要的应用，也为未来产生脉宽更短、截止频率更高、脉冲能量更强的阿秒脉冲提供了有益的探索和发展基础。此外最近发展起来的固体高次谐波技术，在研究表征材料的特性、揭示相应的物理机制、提供新的阿秒产生技术方面也表现出重要的创新潜力，值得科学家们重视。

正是由于高次谐波与阿秒脉冲不断带来的科学应用和技术进展，Anne L’Huiller、Paul Corkum、Ferenc Krausz三人获得了2022年的沃尔夫物理奖。

阿秒激光的发展，可以说集成了激光科学最激动人心的故事，由于其潜在的重要应用，早在2006年，就在G.Mourou等人的建议下，欧盟确定了在匈牙利建设以阿秒激光为主体的大科学设施计划ELI-ALPS，目前已初步建成并开放使用。实际上阿秒激光不断创造最短脉冲世界纪录的演化发展，是建立在克尔透镜锁模（KLM）、啁啾脉冲放大（CPA）、参量啁啾脉冲放大（OPCPA）、载波包络相位（CEP）锁定及HHG等技术之上的。尽管由于篇幅所限，有些重要的技术原理和精彩故事未能一一提及，但毫不影响这些技术的的重要程度，在目前广泛使用的超快激光产品中，人们会注意到这些技术的核心作用。那么高次谐波与阿秒脉冲作为孪生的兄弟，毫无疑问值得诺贝尔奖。