进展 | 自压缩少周期飞秒激光脉冲的产生

少周期飞秒驱动源是产生极紫外波段孤立阿秒脉冲的重要条件，采用常规方案需要经过光谱展宽与脉冲压缩两个过程，不仅效率低，而且压缩元件对大能量脉冲的承受能力也极为有限。近年来人们利用光谱展宽过程中的非线性效应实现色散补偿，即自压缩效应，为这一问题的解决提供了新的思路，不仅简化了脉冲压缩过程，也有利于大能量超短脉冲的产生。然而自压缩效应存在着复杂的非线性过程，既要展宽脉冲光谱，又要满足脉冲传输过程中的正负色散匹配，因此对自压缩效应的控制极为困难。尤其对常用的800nm波段钛宝石激光，由于缺乏具有合适负色散的光学材料，通常很难实现自压缩。

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心光物理重点实验室魏志义研究组（L07组）多年来致力于少周期激光脉冲产生的研究，最近该组博士研究生高亦谈在赵昆、魏志义等人的指导下，基于研究组内发展的薄片组光谱展宽技术，利用飞秒钛宝石放大激光电离产生的锥状辐射效应，通过在空间上精确寻找到色散匹配最佳位置，并配合空间滤波，最终获得了少周期飞秒自压缩脉冲。实验中他们所用钛宝石激光器的中心波长约800nm，脉宽小于40 fs。在该激光脉冲注入下，产生了光谱覆盖从650至900nm、脉宽短至8.8 fs的少周期脉冲，数值模拟的最短脉宽达5.0 fs。该工作展示了在800nm中心波长附近能稳定产生少周期自压缩脉冲的方法，首次实现了在固体材料自压缩中对电离的调控，其在高功率少周期脉冲产生以及后续的阿秒脉冲产生方面存在巨大的潜力。

此外，由于通过空间滤波后的自压缩脉冲光斑为环形分布，而环形光斑在高通量高次谐波的产生过程中被证明有独特的优势，因此可为后续极紫外激光的产生研究提供稳定可靠的光源。相关结果发表于最近的Optics Express上（https://www.osapublishing.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-29-19-29789 ）。这也是该组继采用固体薄片进行光谱展宽并产生少周期飞秒脉冲系列突破工作的基础上，最新获得的创新成果；前序文章包括Appl. Phys. Lett. 118, 261102 (2021)、Chin. Phys. B 29, 013206 (2020)、 Chin. Phys. B 28, 114203 (2019)、物理学报 67, 124203 (2018)、Chin. Phys. Lett. 34, 074204 (2017)、物理学报 66, 134207 (2017)、Opt. Lett. 42, 474 (2017) 等（详见附录）。

这项工作及相关研究得到科技部重点研发计划和国家自然科学基金的支持。

图1，空间上自压缩效应的原理图

图2，基于薄片组自压缩的实验装置示意图

图3，精确调控电离强度后的自压缩模拟结果

附录：论文题目

1. Generation of annular femtosecond few-cycle pulses by self-compression and spatial filtering in solid thin plate, Opt. Express 29, 29789 (2021). https://www.osapublishing.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-29-19-29789&id=458338

2. Efficient generation of UV-enhanced intense supercontinuum in solids: Toward sub-cycle transient, Appl. Phys. Lett. 118, 261102 (2021). https://doi.org/10.1063/5.0055348

3. Attosecond pulse trains driven by IR pulses spectrally broadened via supercontinuum generation in solid thin plates, Chin. Phys. B 29, 013206 (2020). http://cpb.iphy.ac.cn/EN/10.1088/1674-1056/ab6315

4. Broadband mid-infrared pulse via intra-pulse difference frequency generation based on supercontinuum from multiple thin plates, Chin. Phys. B 28, 114203 (2019). http://cpb.iphy.ac.cn/EN/10.1088/1674-1056/ab4579

5. 基于固体介质的倍频程连续光谱产生的研究进展，物理学报 67, 124203 (2018). http://wulixb.iphy.ac.cn/cn/article/doi/10.7498/aps.67.20180706

6. High-Efficiency Generation of 0.12 mJ, 8.6 fs Pulses at 400nm Based on Spectral Broadening in Solid Thin Plates, Chin. Phys. Lett. 34, 074204 (2017). http://cpl.iphy.ac.cn/Y2017/V34/I7/74204

7. 基于固体薄片超连续飞秒光源驱动的高次谐波产生实验，物理学报 66, 134207 (2017). http://wulixb.iphy.ac.cn/cn/article/doi/10.7498/aps.66.134207

8. High-efficiency supercontinuum generation in solid thin plates at 0.1 TW level, Opt. Lett. 42, 474 (2017). https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?URI=ol-42-3-474

编辑：dogcraft

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