超强激光科学卓越创新简报

(第一百二十五期)

2020年8月12日

上海光机所在偏振调控飞秒激光空气成丝超连续光谱研究方面取得新进展

　　近期，中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室研究团队在偏振调控飞秒激光空气成丝诱导超连续光谱的研究方面取得新进展。相关研究成果发表于《光学快报》(Optics Letters)。

　　相干超连续谱是超快强激光脉冲在介质中非线性传输时出现的光学现象，相干超连续谱光源在超短脉冲激光产生和压缩、超高精度光学时频计量、超快激光光谱和成像等领域具有重要应用。与基于体材料和光子晶体光纤产生超连续谱方法相比较，基于超快强激光气体成丝的方法具有不受材料损伤阈值限制的显著优势。通过调控入射激光的偏振态可以影响超连续谱的产生，但是，已有的实验观测结果和机制分析仍存在分歧。

　　在本工作中，研究人员通过调节四分之一波片来改变入射激光的偏振态，精确测量了不同偏振态下空气中光丝产生的超连续谱的强度和展宽程度。研究发现，由于圆偏光产生的光丝内部强度强于线偏光，使得激光偏振态从线偏振经椭圆偏振到圆偏振的过程中，超连续谱的强度逐渐增强。同时，由于空气中线偏振激光的三阶非线性系数及产生的等离子体密度要高于圆偏振激光，使得线偏光同时具有更强的三阶非线性自相位调制作用和等离子诱导的相位调制作用，因此，实验上观察到了超连续谱的展宽程度随椭偏率的增加而逐渐减弱。基于求解非线性薛定谔方程得到的数值模拟结果与实验结果相一致。该项研究成果澄清了该领域存在的分歧，对深入理解空气中飞秒激光成丝诱导超连续谱的产生及调控方面都有重要作用。

　　该项研究得到中科院先导B，中科院国际合作重点项目等的支持。（强场激光物理国家重点实验室供稿）

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图1 （a）不同激光偏振态下空气中光丝超连续谱光谱图；（b）成丝后光谱强度积分随偏振角度的变化趋势；（c）超连续谱展宽短波部分截止波长 λmin随偏振角度的变化趋势

图2 线偏振和圆偏振激光成丝内部激光强度（a）和等离子体密度（b）随传输距离的变化；（c）光丝内部钳制强度（黑色）和能量沉积（蓝色）随激光偏振态的变化