圖1 實驗裝置圖

近期，中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室在基于非線性壓縮的太瓦級周期量級光源產(chǎn)生方面取得新進展。研究團隊利用大芯徑可拉伸的充氣空芯光纖(HCF)脈沖壓縮裝置，基于預啁啾脈沖與梯度氣壓技術(shù)，在短波紅外波段產(chǎn)生了太瓦級的周期量級超強超短脈沖。相關研究成果以“TW-scale few-cycle short-wave infrared laser based on nonlinear compression in a large-core gas-filled hollow core fiber ”為題發(fā)表于Applied Physics Letters。

高強度、周期量級的短波紅外波段(1-2 μm)激光為極端非線性光學現(xiàn)象與強場物理的突破性研究鋪平了道路。由于其特殊的波長，在驅(qū)動高次諧波產(chǎn)生水窗波段X射線、驅(qū)動有機晶體產(chǎn)生高強度THZ輻射以及超快動力學過程的探測方面都有著重要的應用前景。因此，基于前沿物理的研究需要，如何產(chǎn)生這樣高強度周期量級的短波紅外超強超短激光，是研究的關鍵。受限于激光晶體的增益帶寬和非線性晶體的相位匹配帶寬的限制，很難直接利用激光放大裝置在短波紅外波段產(chǎn)生高強度少周期的脈沖。基于HCF的脈沖后壓縮技術(shù)，由于其優(yōu)越的能量可拓展性、非線性系數(shù)可調(diào)節(jié)性、輸出光束質(zhì)量好等優(yōu)勢，已被廣泛應用于產(chǎn)生高能周期量級脈沖。

在該研究中，研究人員基于自制的大能量1.45 μm 光學參量啁啾脈沖放大(OPCPA)系統(tǒng)，利用大芯徑充氣HCF級聯(lián)寬帶啁啾鏡對輸出脈沖進行了脈沖后壓縮。通過理論模擬與實驗驗證，研究了高能脈沖在HCF中的能量縮放特性與非線性相互作用過程，并基于梯度氣壓與預啁啾脈沖技術(shù)，在實驗上實現(xiàn)了9.52 mJ/10.65 fs的太瓦級、周期量級超強超短激光輸出。該方案將為超快科學與強場物理的研究提供強有力的技術(shù)支持和全新的實驗手段。

圖2 在真空(藍色)和梯度氣壓(紅色)下，基于輸入脈沖能量的(a)輸出能量和(b)傳輸效率變化圖

圖3 基于(a)靜壓和(b)梯度氣壓的壓縮后脈沖時域測量圖

審核編輯 黃宇