阿秒超快实验站是利用极紫外（XUV）波段的阿秒激光和高次谐波光源，结合光电子能谱仪如角分辨光电子能谱仪（ARPES）、冷靶反冲离子动量谱仪（COLTRIMS）、光电子显微镜（PEEM）、电子时间飞行谱仪（TOF）等终端设备，并配合极低温极端条件，实现即有阿秒时间分辨，又有动量分辨、能量分辨、和空间分辨的测量技术，对原子、分子、表面以及固体材料中电子超快动力学行为进行探索，实现对相关的宏观现象的理解和应用，其研究领域包括物理、化学、生物、医学等多个学科。该实验站包括阿秒激光装置、时间分辨ARPES装置、时间分辨PEEM装置、时间分辨COLTRIMS装置、以及4台不同参数的飞秒激光器。
阿秒激光装置将提供阿秒激光产生、测量、及其应用的研究。阿秒激光装置包括驱动激光、高次谐波产生腔体、阿秒条纹相机腔体，阿秒激光应用腔体以及XUV光谱仪等。采用一台重复频率为10 kHz，脉冲宽度为23 fs，平均功率大于10 W的飞秒激光作为驱动光源，通过空芯光纤光谱展宽与压缩系统，将脉冲宽度压缩到小于6 fs，CEP锁定精度小于400 mrad。该装置上可实现86 as激光脉冲，并可利用阿秒条纹相机开展XUV阿秒和红外（IR）飞秒泵浦探测的阿秒时间分辨测量研究。
该光源可以切换到COLTRIMS开展时间分辨COLTRIMS研究，将用于时间分辨的原子、分子电离/解离的超快动力学实验。超音速冷靶技术不仅可以提供局域密度高、单色性好、动量分散小的气体靶，还能极大低提高反冲离子的动量分辨。完成超音速气体冷靶的制备之后，强IR激光或XUV激光通过束线系统进入反应腔室与超音速冷靶区的原子/分子作用，并将原子/分子电离。电离产生的电子与离子由COLTRIMS进行测量。装置可实现电子动量分辨率为0.03原子单位，离子动量分辨率为0.04原子单位。
时间分辨ARPES装置利用高重频高次谐波XUV光源作为探测光，IR飞秒激光作为泵浦光，并结合ARPES装置实现时间分辨和角分辨光电子能谱测量功能。高重频高次谐波XUV光源是采用平均功率为280 W，脉冲宽度小于70 fs，重复频率为500 kHz到1 MHz的飞秒激光驱动惰性气体靶产生光子能量为16～30 eV的高次谐波。通过一个单色仪选取窄带高次谐波光源，并与飞秒激光组合成泵浦探测系统，共同聚焦到ARPES样品上，产生的光电子由能量分析器进行探测，通过扫描泵浦光与探测光之间的精确延时，获得时间分辨小于150 fs，能量分辨小于50 meV的ARPES测量功能。样品的最低温度在3.8 K。在该装置上，可以开展高温超导、重费米子、激子绝缘体相变、电荷密度波相变等新型量子材料布里渊区边界电子结构动态行为的研究。
时间分辨PEEM装置利用100 kHz、平均功率10 W、CEP稳定性300 mrad、脉冲宽度10 fs的飞秒激光作为驱动激光产生高次谐波，采用基于TOF型的光电子能谱仪（TOF-PEEM）作为终端，实现20 nm的空间分辨率。利用极紫外阿秒脉冲和红外飞秒脉冲的双光子吸收实现光电子的电离，结合泵浦探测技术可以为PEEM提供前所未有的时间分辨率，成为研究表面物理超快过程的利器。
由于飞秒激光光源具备载波包络（CEP）锁定和少周期（few-cycle）的优势，可以通过调谐CEP实现近红外和中红外波段的阿秒时间分辨测量的功能，可为原子分子、二维半导体材料电子结构动态行为等研究提供强大工具。
钟老师，邮箱：zhongshiyang@iphy.ac.cn
