圖1 實(shí)驗(yàn)裝置圖

近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場激光物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)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(yù)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(qiáng)超短脈沖。相關(guān)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(qiáng)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(xué)現(xiàn)象與強(qiáng)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(jī)晶體產(chǎn)生高強(qiáng)度THZ輻射以及超快動力學(xué)過程的探測方面都有著重要的應(yīng)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(qiáng)度周期量級的短波紅外超強(qiáng)超短激光，是研究的關(guān)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(qiáng)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(yīng)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(xué)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(jìn)行了脈沖后壓縮。通過理論模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(yù)啁啾脈沖技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了9.52 mJ/10.65 fs的太瓦級、周期量級超強(qiáng)超短激光輸出。該方案將為超快科學(xué)與強(qiáng)場物理的研究提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持和全新的實(shí)驗(yàn)手段。

圖2 在真空(藍(lán)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