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超强激光科学卓越创新简报

(第三百三十七期)

2022年12月12日

上海光机所在近红外超短涡旋脉冲产生方面取得新进展

　　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超短涡旋脉冲产生方面取得新进展。研究团队利用空间相位调制结合光学参量放大技术(OPA)的方法，在近红外波段实现了双波长超短涡旋脉冲的输出。相关研究成果发表于《高功率激光与科学与工程》(High power laser science and engineering)。

　　涡旋光是具有螺旋波前的空间结构光束，由于其环形空间强度分布以及携带轨道角动量的特征，目前已在量子信息、超分辨显微镜和光镊等方面有着广泛的应用。除此之外，携带轨道角动量的飞秒涡旋光在驱动涡旋粒子束及次级辐射，材料的多维度时间分辨等方面也有着重要的应用前景。然而，目前超短涡旋脉冲的主要产生方式为利用螺旋相位板、空间光调制器等元器件直接产生，利用光学参量振荡产生的涡旋脉冲则无法获得宽带的超短涡旋脉冲，因此利用光学参量放大的方法能够有效地实现宽带超短涡旋脉冲产生。

　　在该研究中，研究人员基于非线性频率变换技术，将空间相位调制与光学参量放大相结合，并且利用了光学参量放大的宽带增益优势与轨道角动量守恒的特性，实现了1.45 μm和1.8 μm的双波长宽带飞秒涡旋脉冲的输出，输出脉冲能量分别为158 μJ和190 μJ，脉冲宽度约为50 fs。该方案可为超短涡旋脉冲的波长进一步拓展，产生更高能量、更短脉宽和更高平均功率的红外飞秒涡旋激光提供技术支持，为超快轨道角动量物理研究提供基础。

　　相关工作得到了中国科学院B类先导专项、国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持。

　　原文链接

图1 实验装置图

图2 信号光(a)与闲置光(c)输出涡旋光斑; 信号光(b)与闲置光(d)自参考干涉条纹。

图3 信号光(a)与闲置光(c)的输出脉冲的时域及相位; 信号光(b)与闲置光(d)的光谱及相位。

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