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超强激光科学卓越创新简报

(第九十八期)

2020年4月28日

上海光机所在大能量中红外飞秒涡旋激光方面取得新进展

　　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在大能量中红外飞秒涡旋激光方面取得新进展。提出了利用空间相位调制结合光学参量啁啾脉冲放大技术产生超强超短涡旋激光的方法，并国际首次实现中红外波段的大能量飞秒涡旋激光输出。相关研究成果在线发表于《光子学研究》（Photonics Research），并被遴选为当期的“Editor’s Pick”文章。

　　与高斯光束相比，涡旋光携带轨道角动量，在量子信息、光捕获和操纵、超分辨率显微等前沿研究领域具有广泛应用价值，尤其是中红外高峰值功率的涡旋激光在驱动高次谐波产生具有轨道角动量的相干X射线方面具有重大应用前景，但利用传统方法难以直接产生高峰值功率的中红外涡旋激光。

　　研究人员利用非线性频率变换的方法获得了中红外4μm波段的高性能种子源，通过特殊设计的相位调控元件获得涡旋种子激光，经过高增益光学参量放大和精密色散控制后，获得了脉冲能量达10 mJ、脉冲宽度为百飞秒量级的中红外涡旋激光。并进一步验证了输出激光的拓扑荷数，证实了该方法对于涡旋特性的高保真度。这种高能量中红外飞秒涡旋激光为强场物理领域提供了一种新工具，并有望进一步扩展到其他波长或者更高峰值功率的涡旋光激光系统，实现相对论强度的涡旋激光，并将极大地推动相关前沿领域的发展。

　　相关工作得到了中国科学院先导B类专项、国家自然科学基金委、上海市科委等项目的支持。（强场激光物理国家重点实验室供稿）

　　原文链接

图1 （a）基于OPCPA的飞秒中红外涡旋光激光示意图；（b）种子涡旋光光斑；（c）输出涡旋光光斑；（d）输出激光脉冲宽度和相位信息；（e）输出激光光谱信息。

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