星天地

　　高次谐波光谱中

　　全量子轨道映射研究获进展

　　近日，中科院物理所/北京凝聚态物理国家实验室（筹）光物理重点实验室研究员魏志义研究组利用自己组建的阿秒激光装置，实现了电子波包在自由态的各条量子轨道上的直接定位，获得了全量子轨道分辨的高次谐波谱。相关研究结果发表在近期出版的《物理评论快报》上。

　　高次谐波由于光子能量高、脉宽短，使得它在物理、化学和生物等领域有着广泛的应用。通过其与物质的相互作用，人们不仅可以研究原子、分子和固体中的超快动力学过程，而且还可以对纳米尺度的物质进行时间分辨的衍射成像。此外高次谐波也是自由电子激光装置、具有时间分辨的极短波长角电子能谱仪等科学装置中理想的种子脉冲及光源。

　　研究表明，使用短于两个光振荡周期的驱动激光脉冲，通过调节驱动激光的空间相位分布和原子偶极相位的空间分布，可以令不同量子轨道产生的高次谐波在光谱中完全分开。由于驱动激光的时空分布、电子波包的时空演化和物质内部的结构信息通过碰撞过程被传递到高次谐波中，高次谐波的光谱也直接映射了电子的量子轨道信息，因此该研究结果对于深入了解高次谐波光谱所反映的物理图像，促进其在阿秒物理、原子分子物理和凝聚态物理等学科中的应用都有重要意义。

　　新型自适应光学

　　双光子荧光显微镜问世

　　近日，美国霍华德·休斯医学研究所吉娜博士小组与中科院上海光学精密机械研究所王琛博士合作，研制出一种新的自适应光学双光子荧光显微镜。通过校正活体小鼠大脑的像差，在视觉皮层的不同深度处均获得了提高数倍的成像分辨率和信号强度，使得原来在活体鼠脑中不可见或者模糊的细节变得清晰可见，她们成功将该方法应用于老鼠视觉皮层第五层的形貌结构成像和钙离子功能成像。相关成果发表在最新一期《自然—方法》上。

　　在该自适应光学双光子荧光显微镜中，研究人员将空间光位相调制器光学共轭到显微物镜的后焦平面，通过位相调制器将入射光分成若干子区域，每一块子区域的波前都可以被独立控制。同时，她们用数字微阵列光处理器，以不同的频率同时调制其中一半子区域的入射光强度，以另一半子区域作为“参考波前”。来自所有子区域光束会在焦点处会聚干涉，通过监测焦点激发的双光子信号随时间的变化情况，并进行傅里叶变换分析，可以“分解”得到被调制的每一块子区域的“光线”的贡献信息，从而可以实现对一半子区域波前的并行测量。对另一半子区域重复这一测量过程，从而获得整个入射波前的信息并进行校正。

　　使用该方法，约1~3分钟即可完成像差的测量和校正，无须复杂计算，适用于任何标记密度和标记类型的样品，得到的像差校正图案可以用于提高较大视场范围内的成像质量。该方法同时为研究小鼠大脑皮层深层区域的生物、医学问题提供了可行性方案。

　　（原载于《中国科学报》 2014-09-11 第1版 要闻)