超快激光的新前沿——阿秒科学
2024年浙江省绍兴市高三上学期11月选考科目诊断性考试物理试题
2024年浙江省绍兴市高三上学期11月选考科目诊断性考试物理试题一、单选题：本题共7小题，每小题4分，共28分 (共7题)第(1)题2023年诺贝尔物理学奖授予三位物理科学家，表彰他们对于超快激光和阿秒物理科学的开创性工作。
阿秒激光脉冲（1阿秒秒）是目前人们所能控制的最短时间过程，可用来测量原子内绕核运动电子的动态行为等超快物理现象。
其应用类似于频闪照相机，下面三幅图是同一小球，在同一地点，用同一频闪照相仪得到的运动照片，下列说法正确的是（ ）A．三种运动过程中，小球的加速度逐渐增大B．前两种运动小球处于完全失重状态，而斜上抛运动的小球上升过程处于超重状态C．三种运动过程中，相等时间内小球速度变化量相同D．三种运动过程中，相等时间内小球在竖直方向上位移相同第(2)题如图所示，图中阴影部分ABC为一折射率n=2的透明材料做成的柱形光学元件的横截面，AC为一半径为R的四分之一圆弧，在圆弧面圆心D处有一点光源，ABCD构成正方形，若只考虑首次从AC直接射向AB、BC的光线，光在真空中的光速为c，则（ ）A．从AB、BC面有光射出的区域总长度为B．从AB、BC面有光射出的区域总长度为RC．点光源发出的光射到AB面上的最长时间为D．点光源发出的光射到AB面上的最长时间为第(3)题高速公路的ETC电子收费系统如图所示，ETC通道的长度是识别区起点到自动栏杆的水平距离。
某汽车以的速度匀速进入识别区，ETC天线用了的时间识别车载电子标签，识别完成后发出“滴”的一声，司机发现自动栏杆没有抬起，于是采取制动刹车，汽车刚好没有撞杆。
已知司机的反应时间为，刹车的加速度大小为，则该ETC通道的长度约为（ ）A．B．C．D．第(4)题一只小船过河，河中水流速度各处相同且恒定，小船的初速度大小为v、方向垂直于平直河岸，小船在河中的运动轨迹如图中虚线所示，其中虚线AB为直线。
小船相对于水面分别做匀加速运动、匀减速运动、匀速运动。
阿秒科学的概念
阿秒科学的概念阿秒科学是一种物理学研究中的新概念，代表了一种极快速度下时间测量的技术与方法。
所谓阿秒（attosecond），是时间单位，它等于1秒的十亿分之一，也就是纳秒的千分之一，皮秒的百万分之一，飞秒的十亿分之一，飞秒又等于一兆分之一。
一个阿秒非常短暂，如果时间的概念里一秒钟等于地球到太阳的距离，那么一个阿秒的长度，大约相当于一根头发的宽度。
阿秒科学研究时间尺度最短的物理现象，主要关注光电子的行为。
其实，阿秒科学的发展是伴随激光技术蓬勃发展而来的。
激光技术的发展为人们观察、测量和操作阿秒级别的现象提供了可能。
阿秒科学的发展对动态研究微观粒子的行为提供了一种全新的、前所未有的方法。
在以前，科学家只能观察到一些微观粒子的平均行为，而现在，阿秒科学则能够看到微观粒子的瞬间行为。
那么为什么阿秒科学如此重要呢？一方面，阿秒科学的发展能够帮助人们更深入地了解量子物理的基本规律。
在阿秒级别下，物质的基本行为被理论和实验重新定义，使得一些传统上难以理解的问题得以解决。
另一方面，阿秒科学的应用有很多，比如用于纳米电子器件的瞬态响应研究、量子力学规律的验证、电子做动力学研究等等。
不过，阿秒科学的研究过程并不容易。
由于时间尺度极短，传统的测量和观察方法无法应对。
因此，科学家们发展了一系列的技术方法来解决这些问题，比如阿秒脉冲激光技术、高能量电子束成像技术、动态电子衍射技术等等。
这些技术的发展为阿秒科学的研究提供了必要的工具和手段。
从阿秒科学的发展来看，它在理论研究和实际应用上都有着广阔的前景。
随着技术的进一步发展，人们对阿秒级别的研究将会越来越深入，这将有助于我们更好地理解微观世界的奥秘，推动科学的进步。
总之，阿秒科学是一种具有重要意义的新兴学科，它以极短时间尺度下的物理现象研究为核心内容。
通过阿秒科学的发展，人们能够更深入地了解微观世界的基本规律，解决一些难以理解的问题，同时也对人类社会的发展带来了诸多应用和启示。
我国阿秒脉冲的啁啾控制研究获新突破
据马鹿生殖生理特点，研究建立了以非手术为基础的茸鹿性控冷冻精液人工授精技术规程，用性控冻精进行人工授精，情期受胎率达到67.5%；成功地将优质高产公鹿精液进行了X/Y精子分离，建立了马鹿性控冷冻精液的生产技术和性控冻精产品的企业技术标准；收集建立了国内主要优秀的种马鹿细胞系5个，并开展了相关遗传基础研究。
据专家介绍，茸鹿精子分离性别控制技术应用流式细胞分选技术，制备可以长距离低温运输的马鹿X/Y精子，纯度达90%以上，冷冻精液活力达到0.45以上，为输精生产和进一步的研究奠定了基础，并率先在国内进行了较大规模的推广示范，目前已具备大规模生产马鹿性控冻精的能力和实现产业化的条件。
（科技日报）等离子纺织印染技术可节能减排30%近期从中科院微电子所了解到，该所和中国纺织科学研究院江南分院联合研制的常压等离子体共性技术设备在绍兴通过中国纺织工业协会鉴定，该设备应用于棉布轧染的前处理流程，可节能减排约30%。
据课题组负责人王守国博士介绍，按传统工艺，棉布在纺织染色印花前需经过退浆等工序，通过添加强碱进行高温蒸煮后用水洗涤，产生含大量化学需氧量(COD)的废水，工艺能耗高，对环境污染严重。
应用常压等离子技术处理后，棉布在轧染的前处理过程可省略或缩短退浆煮练等过程，降低生产成本，减少水资源浪费和化学污染物排放。
同时，该技术对于改善纤维染色印花性能、提高色牢度、提高羊毛防毡缩性能、改善织物手感风格、去除甲醛及过敏性气体等也有明显效果。
据了解，利用等离子体技术进行棉布轧染前处理是多个国家正在研究的课题，但目前只是在实验室做小样面料的实验，尚未制成能满足实际工业生产需求的样机。
此次工业用常压等离子技术处理设备的成功研制，是推动等离子技术在纺织印染工业生产领域广泛使用的一大突破。
经过5年的努力，已研制成功了平幅、连续、大功率、高效的常压等离子体工业化设备样机。
目前，常压等离子体示范实验基地已在位于绍兴的中纺院江南分院建成，并实现连续稳定运行。
阿秒激光器
Liaoning Normal University题目：阿秒激光器学院：物理与电子技术学院专业：物理学（师范类）学生姓名：陈思音(20111125020078)张晓蕾(20111125020016)何芳君(20111125020060)指导教师：李成仁2012年11月阿秒激光器[摘要]超短脉冲激光正在进行着从飞秒(1fs=1510-s)10-s)向阿秒(1as=18的跨越，这一跨越对激光原理和激光应用来说都有很重要的意义。
文章主要介绍了阿秒脉冲的原理、测量方法以及阿秒激光器的应用和对科学发展的意义。
[Abstract]Ultrashort pulse laser is crossing from femtosecond(1fs=1015-s)to attosecond(1as=1018-s),the leap have significantly influence on Principle and Application of Laser.The article mainly introduces that the principle of attosecond pulses,the measuring method and the application of attosecond laser and its influence on the scientific development.[关键词]超短脉冲、阿秒脉冲、高次谐波、应用、飞秒技术、振荡周期一、引言正如激光的发明引起了光学领域的一场巨大的革命一样，超短脉冲激光的产生使人类探索许多未知领域及发现新的物理规律的梦想成为现实自然界中存在着许多以前受测量手段的时间分辨率限制而无法认识的超快现象，如分子尺度上的运动，单分子的振动及转动，液体或品格的振动及转动，化学键的断裂和形成都发生在飞秒(1fs=1510-s)到皮秒(1ps=1210-s)的范围锁模技术使激光脉宽一下子缩短到了飞秒的数量级，终于为研究这些超快现象提供了时间分辨的可能。
超快激光的新前沿_阿秒科学
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] .
阿秒瞬态吸收光谱动力学理论
阿秒瞬态吸收光谱动力学理论汇报人：2024-01-04•阿秒瞬态吸收光谱基本概念•阿秒瞬态吸收光谱动力学理论•阿秒瞬态吸收光谱实验技术目录•阿秒瞬态吸收光谱在材料科学中的应用•阿秒瞬态吸收光谱在生物学中的应用•阿秒瞬态吸收光谱的未来发展与挑战目录01阿秒瞬态吸收光谱基本概念定义与特性定义阿秒瞬态吸收光谱是一种利用超短脉冲激光探测物质在极短时间内（阿秒级别）的动态吸收特性的光谱技术。
特性具有极高的时间分辨率和光谱分辨率，能够探测物质在非常短暂的时间段内的光谱变化，揭示物质内部的动态过程和相互作用机制。
A BC D产生机制通过光栅、棱镜或非线性光学晶体等分束器将激光分成探测光和参考光。
利用超短脉冲激光器产生极短的激光脉冲，其持续时间通常在皮秒至飞秒范围内。
通过比较探测光和参考光的强度变化，可以获得物质的瞬态吸收光谱。
探测光被聚焦到样品上，与物质相互作用，产生瞬态吸收信号。
化学反应动力学研究物质在极短时间内发生的物理变化和相变过程。
物理和材料科学生物学环境科学01020403研究大气中气体的化学反应和污染物转化等。
研究化学反应过程中的动态变化和反应机制。
研究生物分子的动态结构和功能，如光合作用、视觉过程等。
应用领域02阿秒瞬态吸收光谱动力学理论动力学模型速率方程模型描述分子内部动态过程，通过建立反应速率常数和分子内部状态变化的关系来描述分子内部的动力学行为。
密度矩阵模型描述光子与分子相互作用的微观过程，通过建立光子态和分子态之间的耦合关系来描述光子在分子中的传播和散射过程。
波恩-奥本海默近似将电子和核的运动分开考虑，电子的运动通过薛定谔方程描述，而核的运动则通过经典力学的方法描述。
基于薛定谔方程描述分子内部状态的变化，考虑了电子和核的相互作用。
量子力学框架半经典框架密度泛函理论框架将电子和核的运动分开考虑，电子的运动用量子力学描述，而核的运动则用经典力学的方法描述。
将分子中的电子运动看作是单电子运动，通过求解单电子薛定谔方程来描述电子的运动状态。
微观世界的“超级快门”
微观世界的“超级快门”作者：***来源：《科学大众·小诺贝尔》2023年第12期什么是阿秒光脉冲想知道什么是阿秒光脉冲，我们得先来了解一下阿秒。
阿秒是个时间单位，只不过相对于我们熟悉的时、分、秒，它非常短。
根据换算关系，1阿秒等于10-18秒。
这么说，同学们可能还意识不到阿秒有多短。
打个比方，假如有人能在1阿秒的时间内前进1米，那么他在1秒钟的时间里将前进100亿亿米。
而阿秒光脉冲指的就是一种脉冲时间达到阿秒级别的光脉冲。
阿秒光脉冲“召唤术”阿秒级，如此短瞬间的光脉冲真的能被人们“召唤”出来吗？答案是肯定的，诺贝尔奖评选委员会已经帮我们验证过了。
至于阿秒光脉冲是如何被人们“召唤”出来的，还要从飞秒光脉冲和此次诺贝尔物理学奖得主之一的法国物理学家安妮·吕利耶说起。
飞秒光脉冲是一种脉冲时间在10-15秒量级的光脉冲，在阿秒光脉冲被人们发现之前，“最短的光脉冲”的桂冠一直属于飞秒光脉冲。
1987年，安妮·吕利耶在利用飞秒光脉冲照射稀有气体后，发现这些稀有气体会发出一系列的高次谐波光，这些谐波光可以帮助人们“召唤”出更短的光脉冲，为人们“召唤”阿秒光脉冲奠定了基础。
2001年，获得今年诺贝尔物理学奖的另外两位物理学家皮埃尔·阿戈斯蒂尼和费伦茨·克劳斯在前人研究的基础上，分别“召唤”出了时长为250阿秒和650阿秒的光脉冲。
从此，阿秒光脉冲走进了人们的视野。
值得一提的是，中国科学院物理研究所的魏志义课题组在2013年也“召唤”出了阿秒光脉冲，让我国在阿秒光脉冲领域占据了一席之地。
天下武功，唯快不破科学家之所以热衷于“召唤”阿秒级的光脉冲，是因为他们深知一个道理——天下武功，唯快不破。
如果还没有破，那就说明还不够快。
举个例子，我们拍摄蝴蝶扇动翅膀时，能比较容易地拍到清晰的照片。
但拍摄蜂鸟时，照片上蜂鸟的翅膀很可能是一片模糊。
会出现这种情况，主要是因为蜂鸟扇动翅膀的频率比蝴蝶快很多。
产生阿秒激光脉冲的实验方法
产生阿秒激光脉冲的实验方法产生阿秒激光脉冲的实验方法引言：阿秒激光是当今光学研究领域的前沿技术之一，它的特点是在极短的时间内就能释放出极高能量的脉冲。
阿秒激光在物理、化学和生物学等领域都有广泛的应用，被誉为“光束的极限”。
本文将介绍如何产生阿秒激光脉冲的实验方法，以及这项技术的应用。
一、基本原理阿秒激光产生的基本原理是通过激光脉冲的超快速调制和放大来实现。
在基础激光器上产生一个连续的激光束，然后通过非线性光学晶体进行频率转换，产生一个高能量、短时间的激光脉冲。
这个过程需要精确的光学组件和相干光源的支持，才能获得稳定且高质量的阿秒激光脉冲。
二、实验方法1. 光学系统的搭建要产生阿秒激光脉冲，首先需要搭建一个稳定的光学系统。
光学系统包括激光器、振荡器、光学晶体、光学透镜和光学探测器等组件。
通过使用高精度的光学元件，可以实现激光束的精确控制和调制。
2. 脉冲放大系统在产生激光脉冲的过程中，需要经历放大过程。
通过使用放大器，可以将较弱的激光脉冲放大到足够强度，以产生阿秒激光脉冲。
放大器的选择和优化对于获得高质量的激光脉冲至关重要。
3. 调制和压缩系统为了产生阿秒激光脉冲，还需要进行激光脉冲的调制和压缩。
调制可以通过光纤或非线性晶体来完成，而压缩则需要使用光学反射器和光学延迟器等光学元件。
优化调制参数和控制各个组件之间的相互作用是实现高质量阿秒激光脉冲的关键。
三、应用领域1. 物理学阿秒激光在物理学领域有广泛的应用，例如在纳米尺度物质表征方面。
由于阿秒激光脉冲的时间分辨率非常高，可以观察到原子级别的动态过程。
这对于研究材料的结构和性质具有非常重要的意义。
2. 化学学在化学研究中，阿秒激光可以用于实时观察和控制化学反应的过程。
通过短时间间隔内的光谱测量，可以揭示化学反应发生的机理，并优化化学过程。
这对于新材料的合成和能源转化有重要的应用价值。
3. 生物医学阿秒激光在生物医学研究中也有广泛的应用。
通过观察生物分子的动态变化和光敏反应过程，可以对生物体进行非侵入性的探测和治疗。
2023年诺贝尔物理学奖：阿秒光脉冲技术的发展与应用
2023年诺贝尔物理学奖：阿秒光脉冲技术的发展与应用1. 引言2023年诺贝尔物理学奖的颁发再次将人们的目光聚焦在了科学界，而今年的得主更是让众人瞩目。
本文将就2023年诺贝尔物理学奖的得主作出全面分析，并探讨阿秒光脉冲技术的发展与应用。
2. 阿秒光脉冲技术的基本原理阿秒光脉冲技术是一种基于超快激光脉冲的测量和控制技术，其基本原理是利用超快激光脉冲与物质相互作用的特性，实现对物质结构和动态过程的高时间分辨率观测。
这项技术的名字来源于其时间分辨率达到了阿秒(10^-18 秒)量级，因而被称为"阿秒光脉冲技术"。
3. 阿秒光脉冲技术的发展历程阿秒光脉冲技术自20世纪90年代问世以来，经历了数十年的发展。
从最初的激光技术到复杂的光学调制和数据处理技术的综合应用，阿秒光脉冲技术在过去几十年里不断得到改进和完善。
其发展历程可谓是一部现代光学技术的发展史，见证了人类对自然界的探索和认识。
4. 阿秒光脉冲技术在物理学领域的应用阿秒光脉冲技术在物理学领域的应用是多方面的。
它被广泛应用于纳米材料和超快动力学等领域的研究，为科学家们提供了观测物质微纳结构和原子运动的有力工具。
另阿秒光脉冲技术在量子力学、相对论等基础物理领域也有着重要的应用，为科学家们揭示了宇宙中一些最微观、最奇异的物理现象。
5. 阿秒光脉冲技术在工业和医学领域的应用除了物理学领域，阿秒光脉冲技术在工业和医学领域也有着广泛的应用前景。
在工业领域，它可以用于纳米加工、激光成像等领域，为材料加工和制造业带来了全新的可能性。
在医学领域，阿秒光脉冲技术可以用于超快成像、光学诊断等应用，为医学影像学和临床诊断提供了更高分辨率和更准确的方法。
6. 总结与展望阿秒光脉冲技术的发展与应用，不仅在物理学领域有着重要的意义，也为工业和医学带来了新的发展机遇。
未来，随着科学技术的不断进步和阿秒光脉冲技术的不断完善，相信它将在更多领域展现出其巨大的潜力和价值。
少周期飞秒脉冲及阿秒脉冲产生与测量研究
少周期飞秒脉冲及阿秒脉冲产生与测量研究少周期飞秒脉冲及阿秒脉冲是当前超快激光技术领域的热点研究方向之一。
这种超快脉冲的产生和测量在物理和化学研究、生物医学和材料科学等领域具有广泛的应用潜力。
本文将从理论和实验两方面介绍少周期飞秒脉冲及阿秒脉冲的产生和测量研究。
首先，让我们来了解一下飞秒激光脉冲的特点。
飞秒脉冲是时间尺度在飞秒级别（1飞秒=10^-15秒）的激光脉冲，它的特点是具有极高的峰值功率和极短的脉冲宽度。
少周期飞秒脉冲具有周期性振荡的特点，周期通常在几十飞秒到几百飞秒之间。
少周期飞秒脉冲的产生可以通过光学倍频技术实现。
首先，利用光纤拉伸和压缩技术，将飞秒激光脉冲进行拉长，然后通过倍频晶体将这些拉长的脉冲再次压缩到飞秒级别。
这样就可以得到少周期飞秒脉冲。
另外，利用分子传感器和控制技术也可以产生稳定的少周期飞秒脉冲。
阿秒脉冲是时间尺度在阿秒级别（1阿秒=10^-18秒）的激光脉冲，它的特点是极短的脉冲宽度和高峰值功率。
阿秒脉冲的产生需要借助强光场效应和自发辐射放大技术。
通过强光场效应，将飞秒峰值功率提高到能够产生阿秒脉冲的级别。
然后利用自发辐射放大技术对飞秒脉冲进行放大，得到阿秒脉冲。
测量少周期飞秒脉冲和阿秒脉冲的关键在于确定其脉冲宽度和相位信息。
常用的测量方法包括频率梳和自相关技术。
频率梳是一种精密的光学工具，可以将光学频率转换为微波频率，从而实现对脉冲时间结构的测量。
自相关技术是一种通过与自身的复制进行干涉来测量脉冲时间宽度和相位的方法。
近年来，随着超快激光技术的不断发展，飞秒激光脉冲和阿秒激光脉冲在科学研究和应用中的地位越来越重要。
在物理学中，少周期飞秒脉冲和阿秒脉冲被广泛应用于超快动力学和高能量物理的研究。
在化学研究中，这些超快脉冲可以用于分子动力学和化学反应动力学的研究。
在生物医学领域，飞秒激光脉冲和阿秒脉冲被用于光学成像和激光治疗等应用。
在材料科学中，这些脉冲可用于材料表征和光学加工等领域。
阿秒脉冲技术电池材料
阿秒脉冲技术电池材料1.引言1.1 概述概述:随着科技的不断发展，人们对能源储存和转换的需求越来越迫切。
传统的电池材料存在着能量密度低、充电速度慢、寿命短等问题，亟需一种新的技术来突破这些瓶颈。
而阿秒脉冲技术作为一种前沿的科技，正逐渐引起人们的广泛关注。
阿秒脉冲技术是一种基于超快激光技术的新兴领域，其核心原理是利用超快激光脉冲将能量迅速注入材料中，实现高效能量存储和转换。
该技术利用超快激光的高能量密度和极短脉冲宽度，能够在非常短的时间内实现材料的电子结构调控，从而达到改善材料性能的目的。
阿秒脉冲技术在电池材料中的应用尤为引人关注。
通过利用阿秒脉冲技术对电池材料进行加工和调控，可以显著改善电池的性能。
首先，阿秒脉冲技术能够实现高能量密度的充放电过程，从而提高电池的能量密度和储能效率。
其次，该技术可以有效地减少材料内部的电阻，提高电荷传输速率，使电池的充电速度大大增加。
此外，阿秒脉冲技术还可以改善电池的循环寿命，延长电池的使用寿命。
然而，尽管阿秒脉冲技术在电池材料中具有巨大的应用潜力，但目前仍然存在一些技术挑战和困难。
例如，超快激光的能量传输和材料的光学响应之间的匹配是一个复杂的问题，需要进一步研究和探索。
此外，对阿秒脉冲技术进行大规模应用还需要克服工艺和成本等方面的限制。
总之，阿秒脉冲技术作为一种独特的能量存储和转换技术，将对电池材料的研究和发展产生重要影响。
随着对该技术的深入研究和不断突破，相信在不久的将来，阿秒脉冲技术将为电池材料领域带来突破性的进展，为能源存储和转换领域的发展做出重要贡献。
1.2文章结构文章结构部分是为了给读者一个清晰的导引，帮助他们理解整篇文章的组织结构和内容安排。
在这一部分，我将解释文章的各个部分和章节。
2. 文章结构本文将分为三个主要部分：引言、正文和结论。
2.1 引言引言部分将包含文章的概述、文章的结构和文章的目的。
2.1.1 概述在概述部分，我们将介绍阿秒脉冲技术电池材料的背景和重要性。
用阿秒光脉冲探索微观世界
用阿秒光脉冲探索微观世界作者：杨先碧来源：《大自然探索》2024年第05期阿秒光脉冲技术是一种引人注目的新技术，它以其独特的方式改变了我们对量子世界的理解。
它不仅带来了全新的研究视角，更在无数次实验中揭示了量子世界的奇妙特性。
在这段科研征程中，主角是瑞典物理学家安妮·吕利耶、法国物理学家皮埃尔·阿戈斯蒂尼和奥地利物理学家费伦茨·克劳斯，他们凭借着在阿秒光脉冲技术发展中的卓越贡献，荣获了2023 年的诺贝尔物理学奖。
要探究阿秒光脉冲的奥秘，我们首先要清楚什么是阿秒。
阿秒是一个时间单位，其值为一百亿亿分之一秒。
这个时间如此短暂，以至于光在1 阿秒内仅能前进0.3 纳米。
这种难以想象的短暂瞬间，似乎已经超越了我们的探测极限。
光脉冲是光源按着一定时间间隔时断时续的发光，而阿秒光脉冲是由超级短暂的闪光所构成。
它是科学家手中的利器，用以探索那些瞬息万变的微观世界。
阿秒光脉冲具有极致的速度和短暂，却足以照亮微观世界的隐秘空间。
光是电场与磁场振动而形成的电磁波，它的振动频率受到物理极限的约束。
正是这种自然规律的限制，光脉冲的最短持续时间无法低于1飞秒，这是20世纪80年代时科学界的共识。
飞秒与阿秒，虽一字之差，却有千倍的时差。
若要跨越这道时间之篱，阿秒光脉冲的研究人员明白，仅靠改良现有科技是远远不够的，更需要开拓全新的技术领域。
光脉冲是激光光源在一个个间隔的小时间段内发射出来的，其峰值功率很高。
随着激光技术的不断发展，光脉冲宽度也在不断缩小，也就是脉冲的时间间隔不断变小。
如何将光脉冲压缩到阿秒量级？高次谐波可以充当动力来源。
对混合的多频光进行分解时，其中最低频率为基频2 倍以上的那些波就是高次谐波。
吕利耶是早期通过实验来产生高次谐波的科学家之一。
早在1987 年，吕利耶将红外激光射入惰性气体，观察到了高次谐波的产生。
与以前实验中使用的波长较短的激光相比，红外激光产生更多、更强的高次谐波。
“阿秒光学基础研究”重大项目指南 阿秒光学(1阿秒=10-18秒)是当前超
“阿秒光学基础研究”重大项目指南阿秒光学(1阿秒=10-18秒)是当前超快光学的研究前沿。
利用阿秒光脉冲可以探索原子分子内电子运动的超快动力学行为，为人类认识微观世界提供全新的实验手段。
阿秒光学可实现对物质中电子运动的实时测量和超快调控，从而为研究材料内电子关联和生物大分子中电荷迁移等过程开辟新途径。
阿秒光学在发展新一代超高速电子器件和信息处理技术、提升太阳能电池转换效率和光催化化学反应效率、研究高温超导和拓扑绝缘体的物理机制、以及揭示肿瘤病变机理等方面具有重要应用前景。
目前国际上阿秒光学仍处于原理演示阶段，阿秒光源和实验手段远不能满足实际应用需求。
因此，加强阿秒光学基础科学和技术问题的研究，可以促进信息科学、能源科学、材料科学、生物医学等相关交叉学科及应用领域的发展。
一、科学目标阿秒光学存在光脉冲重频低、光子通量低、脉宽测量精度低等科学与技术问题，限制了阿秒时间分辨光电子能谱和多粒子测量等应用技术的发展。
本项目拟重点开展高重频高平均功率阿秒驱动光源技术研究，发展高通量极紫外/软X射线孤立阿秒脉冲产生和高精度阿秒测量方法，发展阿秒泵浦、探测新理论，结合宽带阿秒瞬时吸收谱和冷靶反冲离子动量测量等应用技术，深入理解原子分子内部电子动态物理图像，探索精确操控物质内电子运动的新方法。
二、研究内容（一）高重频高平均功率阿秒脉冲光纤驱动光源技术。
开展用于阿秒光脉冲产生的高重频高平均功率超短超强光纤驱动光源技术研究，探索少周期阿秒驱动光源的波形调控和载波包络相位控制新方法，实现高重频/高通量阿秒脉冲的产生。
驱动光源预期目标重复频率大于100 kHz，平均功率大于100 W，为解决阿秒时间分辨光电子能谱和多粒子测量等应用技术中的能谱畸变和信噪比问题提供有效技术手段。
（二）阿秒脉冲产生与高精度测量技术。
开展超短超强激光驱动的孤立阿秒脉冲产生、调控与高精度表征技术研究，探索阿秒脉冲固有啁啾特性与补偿、相位匹配优化方法，研究新型孤立阿秒脉冲光学选通门技术以及极紫外/软X射线宽带超连续谱特性，研究高精度阿秒测量方法与相位重构算法，预期实现脉宽小于50阿秒。
浅谈阿秒脉冲的机理及应用
实验装置
从电离氖气的荧光辐射可以看到喷射出金 属管的气体流
物理学家Anne
L`Huiller说，“这 是一个重要的实验，它为我们打 开了一扇通往研究原子分子中电 子的极端超快过程的大门”
四. 展望
问题与前景
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
问题：我们需要性能更稳定，能量更高的 阿秒激光脉冲 新思想：双脉冲机理 其他方法：采用可见光波段亚谐波合成阿 秒脉冲
浅谈阿秒脉冲的机理及应用
刘冠男 19系 指导教师：刘之景
一. 阿秒脉冲研究的意义 二. 阿秒脉冲产生和测量的机理
三. 实验应用
四. 展望
一 . 阿秒脉冲研究的意义
1阿秒（as）=10-18秒
1阿秒相对于1秒———
两亿年中秒针嘀嗒一下的 光阴
奔马的相片
原子的图像
化学反应中的成键与断裂—— 飞秒激光（10-15s） 原子内的电子跃迁———
阿秒激光脉冲
“阿秒物理学”
二. 阿秒脉冲产生和测量的机理
1. 遇到问题——光的波长
飞秒脉冲的产生，依赖于可见光和近红外 光波段，在这个波段，光波完成一次振荡 的时间为：T=2—3fs 然而，脉冲持续的时间（脉冲宽度）t不 可能短于一个光振荡周期 T
本质困难！！！
2.解决问题
利用超短超强脉冲与惰性气体作用，产生 高次谐波，从而得到阿秒脉冲。 相位锁定光学参量或同步飞秒激光产生的 可见光亚谐波技术。
阿秒物理时代已经来临!
阿秒脉冲技术的成熟与应用指日可
待！
谢谢！
利用高次谐波产生技术的方法
超强超短脉冲（飞秒脉冲）
惰性气体
更短的波长，更小的 脉宽
基于阿秒激光的电子运动实时测量技术
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。
2024届福建省莆田二中高三下学期5月模拟考全真演练物理试题
2024届福建省莆田二中高三下学期5月模拟考全真演练物理试题一、单选题 (共7题)第(1)题某创新实验小组制作一个半径为12.00cm的圆盘，将3个相同的弹簧的一端均匀固定在圆环上，另外一端固定打结，结点恰好在圆心O处，如图所示，已知弹簧（质量不计）的自然长度均为9.00cm，弹簧的劲度系数。
将圆盘水平放置，在结点O处悬挂一瓶矿泉水，缓慢释放直至平衡时测得结点下降了5.00cm，则矿泉水受到的重力大小为（ ）A．0.5N B．1.3N C．1.5N D．3.9N第(2)题如图，真空中两个等量异种点电荷P、Q关于O点对称分布，P带正电，A为P、Q连线上一点。
保持距离不变，增大P、Q之间的距离后再次静止（仍关于O点对称）。
选无穷远为零电势点，则P、Q距离增大后（ ）A．O点的场强不变B．O点的电势升高C．A点的场强变小D．A点的电势降低第(3)题如图所示，一正方体玻璃砖边长为a。
玻璃砖底面中心有一单色点光源，可向各个方向发射光线。
该玻璃砖对光的折射率为，则玻璃砖上表面有光折射出来的区域面积为（ ）A．B．C．D．第(4)题在火星上太阳能电池板发电能力有限，因此科学家用放射性材料PuO 2作为发电能源为火星车供电。
PuO2中的Pu元素是，半衰期是87.7年，有75%的原子核发生衰变需经过（ ）A．43.85年B．87.7年C．175.4年D．263.1年第(5)题以下关于物理学史说法正确的是（ ）A．开普勒提出了万有引力定律B．库仑通过扭秤实验测得元电荷的数值C．奥斯特发现了电流的磁效应，首次揭示电和磁之间的联系D．安培发现了电磁感应现象第(6)题2023年诺贝尔物理学奖授予三位物理科学家，表彰他们对于超快激光和阿秒物理科学的开创性工作。
阿秒激光脉冲（1阿秒秒）是目前人们所能控制的最短时间过程，可用来测量原子内绕核运动电子的动态行为等超快物理现象。
其应用类似于频闪照相机，下面三幅图是同一小球，在同一地点，用同一频闪照相仪得到的运动照片，下列说法正确的是（ ）A．三种运动过程中，小球的加速度逐渐增大B．前两种运动小球处于完全失重状态，而斜上抛运动的小球上升过程处于超重状态C．三种运动过程中，相等时间内小球速度变化量相同D．三种运动过程中，相等时间内小球在竖直方向上位移相同第(7)题某同学玩飞镖时，先后两次飞镖的抛出点在同一竖直线上的A、B 两点，将飞镖沿水平方向抛出后，飞镖均扎在靶心处，两飞镖的轨迹如图中曲线1、2 所示，飞镖扎在靶上瞬间的速度与水平方向的夹角分别为。
2023届山东省济宁市高三下学期高考模拟考试全真演练物理试题
2023届山东省济宁市高三下学期高考模拟考试全真演练物理试题一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分，在每小题给出的答案中，只有一个符合题目要求。
(共8题)第(1)题2023年9月21日，“天宫课堂”第四课正式开讲，这是中国航天员首次在梦天实验舱内进行授课，若梦天实验舱绕地球的运动可视为匀速圆周运动，其轨道离地面的高度约为地球半径的倍。
已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，引力常量为G，忽略地球自转的影响，则（）A．漂浮在实验舱中的宇航员不受地球引力B．实验舱绕地球运动的线速度大小约为C．实验舱绕地球运动的向心加速度大小约为D．地球的密度约为第(2)题2023年春节，某市限时限地燃放烟花。
一位市民购买到一种叫加特林机枪的烟花，站在高地对着一斜坡燃放，沿水平方向连续喷出质量相等的a、b两束烟花，烟花的轨迹如图所示，忽略空气阻力，下列说法正确的是（ ）A．a束烟花在空中运动的时间大于b束烟花B．a束烟花被喷射出的初始速度大于b束烟花C．a束烟花在空中运动过程中动量的增加量大于b束烟花D．a束烟花在空中运动过程中动能的增加量大于b束烟花第(3)题如图所示为用同样的细导线做成的刚性闭合线框，圆线框Ⅰ的直径与正方形线框Ⅱ的边长相等，它们均放置于磁感应强度随时间线性变化的同一匀强磁场中，磁场方向与线框所在平面垂直，则（ ）A．线框Ⅰ、Ⅱ中产生的感应电流相等B．线框Ⅰ、Ⅱ中产生的感应电动势相等C．同一时刻，通过线框Ⅰ、Ⅱ的磁通量相等D．同一时间内，线框Ⅰ、Ⅱ产生的焦耳热相等第(4)题用细线悬挂一小球，保持摆线长度一定，选项A、B两种情况下小球做振幅不同的单摆运动，选项C、D两种情况下小球做高度不同的圆锥摆运动，则四种情况中周期最短的是（）A．B．C．D．第(5)题2023年诺贝尔物理学奖授予三位物理科学家，表彰他们对于超快激光和阿秒物理科学的开创性工作。
阿秒激光脉冲（1阿秒秒）是目前人们所能控制的最短时间过程，可用来测量原子内绕核运动电子的动态行为等超快物理现象。
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苍 宇 魏志义 张 杰
中国科学院物理研究所光物理实验室 北京
摘 要 超短脉冲激光正在进行着从飞秒
向阿秒
的跨越 这一跨越对于激光原理
和激光应用来说都有很重要的意义 文章通过阿秒脉冲与飞秒脉冲比较来介绍超快激光的新前沿 ) ) ) 阿秒科学 包
括阿秒科学的诞生 !现状以及由于阿秒脉冲的产生而出现的阿秒科学的概况
物理
垒发生隧道电离 紧接着 在激光场的下半个周期
里 许多自由电子又随着激光场的转向得到了向心
的加速度 快速地与离子核复合 这种快速的振荡运
动 束缚 自由 束缚 可以诱导出 ÷ 射线波段的
高次谐波 诱导这些谐波能够达到非常高的阶数 大
于
在时间域内 这些谐波的组合对应着一串
阿秒的远紫外脉冲序列 最近已经有实验用高次谐
如 使用能量高度集中的飞秒激光脉冲进行微加工
据德国汉诺威的激光中心报道 由于飞秒脉冲与物
质的非热相互作用 比起普通的激光更有利于开展
超精细结构的生产制造 这对于复杂形状的微加工
具有特别的价值 另外 这一技术还可用于复杂的脑
外科及眼科手术中 德国 ∞ 大学的 & 采用高
强度钛蓝宝石单束激光 发明了目前世界上最精细
个成语来自于当时欧洲人对哥伦布发现新大陆的一种表示 后来这句话也用来对其他领域探险成功的表示 例
如在原子核领域 这种探险的榜样是恩#费米在原子核领域内进行的第一次核反应试验
今年 月 日是费米的百年诞辰 许多单位 如芝加哥大学的费米实验室 !意大利的 ° 大学和美国的能
路不对称性的变化 两个波一先一后地到达非线性
材料 引起非线性响应信号发生相应改变 观察非线
性响应的变化 使我们能测出两脉冲重叠程度随光
程差 ∃ ξ 变化的情况 脉冲的宽度就简单地正比于
∃ ξΠχ
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
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 ÷
激光脉冲 利用 ÷ 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≈ 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
另外 还有许多飞秒激光脉冲的各种应用 例
Χηινα
Αβστραχτ
√
√×
∏
2
∏
Κεψ ωορδσ ∏
∏
∏
√
∏
∏
√
√
∏
∏
1
∏
√
÷∂
正如激光的发明引起了光学领域的一场巨大的
革命一样 超短脉冲激光的产生使人类探索许多未
知领域及发现新的物理规律的梦想成为现实 自然
界中存在着许多以前受测量手段的时间分辨率限制
而无法认识的超快现象 如分子尺度上的运动 单分
的激光手术刀 由于飞秒激光束极强的聚焦能力 这
种/ 激光刀0的刻痕宽度仅 1 Λ 并已成功地进行 了人体第一号染色体的细胞分离手术及动物癌细胞
的切除实验
飞秒激光另一个独特的方面是它的光谱带宽和
亮度 这些性质在干涉测量中非常有用 美国麻省理
工大学的研究者们指出 因其亮度高于传统的白光
#
#
光源 从而在光学相干断层照相法中有着非同寻常
的作用 所谓光学相干断层照相法是一种与 ÷ 射线
断层扫描照相法很相似的医疗诊断方法 不同的是
它用飞秒激光代替了 ÷ 射线 利用短于 脉冲的
宽带光谱 研究者们能够获得细胞级的分辨率 同样
它在眼科学荧光上转换中也有重要的应用 例如对
早期视网膜剥离的检查
在频率测量上 飞秒激光同样有着重要的应用
由振荡器产生的一个短于 的光脉冲的光谱包
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
3 国家自然科学基金 批准号 收到初稿
资助项目 修回
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的的原理就是由自相位调制和光学克尔效应 又称 非线性克尔效应 如图 所示 引起光谱展宽 并通 过克尔效应的自聚焦效应实现克尔透镜锁模 从而 得到脉宽较窄的锁模脉冲序列
关键词 超短脉冲激光 阿秒科学
ΝΕ Ω ΦΡ ΟΝΤΙΕ Ρ ΟΦ ΥΛΤ Ρ ΑΦΑΣΤ ΛΑΣΕ ΡΣ : ΑΤΤ ΟΣΕΧΟΝΔ ΣΧΙΕ ΝΧΕ
≤ ≠∏ • ∞ 2≠
Λαβορατορψ οφ Οπτιχαλ Πηψσιχσ Ινστιτυτε οφ Πηψσιχσ Χηινεσε Αχαδε μψ οφ Σχιενχεσ Βειϕινγ
宝石激光振荡器得到的脉冲 ≈由 到 的点和 上的线表示测得数据 由 到 的线代
表自相关法得到脉宽所做的拟合曲线
一个超宽的频带来支持仅含一个光学周期的极短的 超短光脉冲 也只有当我们能实现色散补偿时 这些 组合光谱的超宽的频宽才会变得有用 目前最宽带 的啁啾镜的设计都仅能够在 × 的范围内获得 色散补偿和高反射率 很明显 这对进一步减少脉冲 宽度又设置了一个限制 显而易见 在可见和近红外 波段产生超短脉冲的难点是设计和制造带宽更宽并 能色散补偿的啁啾镜 最后 即使这种组合光谱的技 术有很大的发展空间 这些理论还是要受到限制 即 光学振荡周期的限制 故所有尝试产生短于 的 脉冲的设计都必须用更短的深紫外区的波长 在这 个光谱区 高阶非线性光学过程即气体高次谐波有 可能会产生阿秒脉冲
在强激光场下的气体原子产生高次谐波的过程 大致可分为两类 对于激光场不十分强但已经强到 可以改变原子势垒形状时 这时的电子在变形的势 垒中的运动变得非常偏离简谐振荡 这样的高阶非 简谐振荡 束缚 束缚 可以诱导出短波长的高次谐 波 随着激光场的进一步增强 原子势垒的变形加 剧 在上半个激光周期的电场的作用下电子穿越势
对
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≈
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
周期量级的飞秒激光
钛蓝宝石的增益带宽和参量过程限制了进一步 的发展 而且即使将不同的参量过程组合起来在不 同的光谱区产生超短脉冲 再将它们组合起来形成
#
#
图 通过不同方式得到的 范围的脉冲的 干涉自相关曲线的比较示意图≈
光参量放大的方法 腔倒空输出的脉冲通过硅光纤后的压 缩结果 毫焦耳脉冲通过冲氪的光纤后的压缩结果 从钛
波得到阿秒脉冲信号了≈ 但阿秒脉冲真正得到应
用仍然还有一段很长的路要走
阿秒脉冲的测量
理论家已经预言 本质上高次谐波可以实现相
当好的同步以产生阿秒脉冲序列 其中每个脉冲约
为 阿秒 如果是这样的话 许多实验室可能已经
产生了这样的脉冲 但在还没有人想出测量这么快
的光学事件的方法之前 我们又如何知道它是否发
学 !量子系统相干控制等
正是由于应用这
些相关的技术来测量飞秒尺度下的化学键断裂等飞
秒化学上的工作而获诺贝尔化学奖
除此以外 超快光谱学还有助于对半导体中载
流子行为进行研究和对热化过程进行测量 在分子
超快光谱学里 用 的时间分辨率可以测量分子
的振动 用超快光谱学还能对 × 范围的纳米级量
子点的声学共振进行研究
含了百万以上的模式 这些模式有固定频率间隔 相
当于用飞秒激光脉冲作为光学频率的尺子 可以在
激光光谱的范围内精确地确定任何频率 这样的频
率尺子能够在光学频段上建立更精确的原子钟
现今在精确度量衡上的挑战是怎样将光学的频
率标准同 1
的标准铯
原子钟直接联
系起来 这个问题在用所谓的频率链原理试图解决
的同时 锁模激光提供了一种更简单的改动方法 即
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
这是一个非常有创新性的主意 但还是有点不
卷
年期
足 这就是观察到的信号太复杂 但是 信号中确实 有一部分是标志高次谐波的干涉条纹 这个干涉条 纹所显示的脉冲序列正是我们所期待的 序列中每 一个脉冲宽度约为
大超过了原子内的电场强度 从而使人类终于拥有
了可以彻底改变和控制物质中电子的运动并进而改
卷
年期
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≈ 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 1 这样一个
所有上述对阿秒脉冲结果的解释依赖于更细致 的理论分析 如果分析是正确的话 ƒ × 就解决 了阻碍阿秒科学发展的主要问题 通过这一工作 实 验上的阿秒科学就可以登台亮相了 人们也真正进 入了阿秒科学时代
阿秒脉冲的应用
我们知道 飞秒脉冲近年来已获得了广泛的应
用 如抽运探测超快光谱学 !荧光上转换飞秒光谱
参考文献
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张杰 物理
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