中科院物理所魏志義研究組在自壓縮少周期飛秒激光脈沖的產(chǎn)生研究中取得新進展
發(fā)布時間：2021-09-09
少周期飛秒驅(qū)動源是產(chǎn)生極紫外波段孤立阿秒脈沖的重要條件，采用常規(guī)方案需要經(jīng)過光譜展寬與脈沖壓縮兩個過程，不僅效率低，而且壓縮元件對大能量脈沖的承受能力也極為有限。近年來人們利用光譜展寬過程中的非線性效應(yīng)實現(xiàn)色散補償，即自壓縮效應(yīng)，為這一問題的解決提供了新的思路，不僅簡化了脈沖壓縮過程，也有利于大能量超短脈沖的產(chǎn)生。然而自壓縮效應(yīng)存在著復(fù)雜的非線性過程，既要展寬脈沖光譜，又要滿足脈沖傳輸過程中的正負(fù)色散匹配，因此對自壓縮效應(yīng)的控制極為困難。尤其對常用的800nm波段鈦寶石激光，由于缺乏具有合適負(fù)色散的光學(xué)材料，通常很難實現(xiàn)自壓縮。
圖1，空間上自壓縮效應(yīng)的原理圖
中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心光物理重點實驗室魏志義研究組（L07組）多年來致力于少周期激光脈沖產(chǎn)生的研究，最近該組博士研究生高亦談在趙昆、魏志義等人的指導(dǎo)下，基于研究組內(nèi)發(fā)展的薄片組光譜展寬技術(shù)，利用飛秒鈦寶石放大激光電離產(chǎn)生的錐狀輻射效應(yīng)，通過在空間上精確尋找到色散匹配最佳位置，并配合空間濾波，最終獲得了少周期飛秒自壓縮脈沖。實驗中他們所用鈦寶石激光器的中心波長約800nm，脈寬小于40 fs。在該激光脈沖注入下，產(chǎn)生了光譜覆蓋從650至900nm、脈寬短至8.8 fs的少周期脈沖，數(shù)值模擬的最短脈寬達5.0 fs。該工作展示了在800nm中心波長附近能穩(wěn)定產(chǎn)生少周期自壓縮脈沖的方法，首次實現(xiàn)了在固體材料自壓縮中對電離的調(diào)控，其在高功率少周期脈沖產(chǎn)生以及后續(xù)的阿秒脈沖產(chǎn)生方面存在巨大的潛力。
圖2，基于薄片組自壓縮的實驗裝置示意圖
此外，由于通過空間濾波后的自壓縮脈沖光斑為環(huán)形分布，而環(huán)形光斑在高通量高次諧波的產(chǎn)生過程中被證明有獨特的優(yōu)勢，因此可為后續(xù)極紫外激光的產(chǎn)生研究提供穩(wěn)定可靠的光源。相關(guān)結(jié)果發(fā)表于最近的Optics Express上
（https://www.osapublishing.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-29-19-29789 ）。這也是該組繼采用固體薄片進行光譜展寬并產(chǎn)生少周期飛秒脈沖系列突破工作的基礎(chǔ)上，最新獲得的創(chuàng)新成果。
圖3，精確調(diào)控電離強度后的自壓縮模擬結(jié)果
這項工作及相關(guān)研究得到科技部重點研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金的支持。
來源：中科院物理所
