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超强激光科学卓越创新简报

(第五百四十八期)

2024年9月5日

上海光机所在基于非线性压缩的太瓦级周期量级光源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基于非线性压缩的太瓦级周期量级光源产生方面取得新进展。研究团队利用大芯径可拉伸的充气空芯光纤(HCF)脉冲压缩装置，基于预啁啾脉冲与梯度气压技术，在短波红外波段产生了太瓦级的周期量级超强超短脉冲。相关研究成果以“TW-scale few-cycle short-wave infrared laser based on nonlinear compression in a large-core gas-filled hollow core fiber ”为题发表于Applied Physics Letters。

高强度、周期量级的短波红外波段(1-2 μm)激光为极端非线性光学现象与强场物理的突破性研究铺平了道路。由于其特殊的波长，在驱动高次谐波产生水窗波段X射线、驱动有机晶体产生高强度THZ辐射以及超快动力学过程的探测方面都有着重要的应用前景。因此，基于前沿物理的研究需要，如何产生这样高强度周期量级的短波红外超强超短激光，是研究的关键。受限于激光晶体的增益带宽和非线性晶体的相位匹配带宽的限制，很难直接利用激光放大装置在短波红外波段产生高强度少周期的脉冲。基于HCF的脉冲后压缩技术，由于其优越的能量可拓展性、非线性系数可调节性、输出光束质量好等优势，已被广泛应用于产生高能周期量级脉冲。

在该研究中，研究人员基于自制的大能量1.45 μm 光学参量啁啾脉冲放大(OPCPA)系统，利用大芯径充气HCF级联宽带啁啾镜对输出脉冲进行了脉冲后压缩。通过理论模拟与实验验证，研究了高能脉冲在HCF中的能量缩放特性与非线性相互作用过程，并基于梯度气压与预啁啾脉冲技术，在实验上实现了9.52 mJ/10.65 fs的太瓦级、周期量级超强超短激光输出。该方案将为超快科学与强场物理的研究提供强有力的技术支持和全新的实验手段。

相关工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金以及中国科学院青促会等项目的支持。

原文链接

图1 实验装置图

图2 在真空（蓝色）和梯度气压（红色）下，基于输入脉冲能量的(a)输出能量和(b)传输效率变化图

图3 基于(a)静压和(b)梯度气压的压缩后脉冲时域测量图

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