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超强激光科学卓越创新简报

(第四百六十一期)

2023年12月26日

上海光机所在太瓦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太瓦级周期量级短波红外涡旋脉冲产生方面取得新进展。研究团队将新型光场调控技术与光参量啁啾脉冲放大技术 (OPCPA) 相结合，实现了高能涡旋激光的输出。并基于级联薄片非线性脉冲后压缩技术，首次实现太瓦级周期量级短波红外涡旋脉冲的输出。相关成果以“Terawatt-Class Few-Cycle Short-Wave Infrared Vortex Laser”为题，发表于Ultrafast Science。

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。此外，将轨道角动量耦合进超强超短激光中，可以为涡旋强场物理与非线性涡旋现象提供强有力的技术支持与全新的实验手段。高强度周期量级的涡旋激光，在驱动涡旋粒子束及次级辐射（如孤立的阿秒光涡旋、太赫兹涡旋）等方面有着广泛的应用前景。然而，由于涡旋相位结构在激光放大与压缩方面很难保持，目前高强度超短涡旋脉冲的产生仍在探索阶段。

该研究中，研究人员通过将空间相位调制与OPCPA技术相结合，实现了1.45 μm的高能涡旋激光输出，并验证了输出的涡旋激光在空间中的传输稳定性。基于级联薄片脉冲后压缩技术，在不破坏涡旋相位结构的条件下首次实现13.7 mJ/10.59 fs的太瓦级周期量级短波红外涡旋脉冲输出。该方案可为非线性涡旋现象提供技术支持，为超快轨道角动量物理研究提供基础。

相关工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院青促会以及上海市扬帆计划等项目的支持。

原文链接

图1 实验装置图

图2 (a, c, e) OPCPA放大后输出的一阶、二阶和三阶涡旋光斑图; (b, d, f) 涡旋光束的柱透镜焦点条纹。

图3 压缩后的涡旋脉冲时域测量图

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