上海光学精密机械研究所----上海光机所在单级充气空芯毛细管光纤可调谐紫外色散波研究中取得进展

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超强激光科学卓越创新简报

(第六百三十七期)

2025年4月28日

上海光机所在单级充气空芯毛细管光纤可调谐紫外色散波研究中取得进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所超强激光科学与技术全国重点实验室与罗素先进光波科学中心团队在基于单级空芯毛细管光纤的可调谐紫外色散波产生研究中取得进展。相关研究成果以“Tunable ultraviolet dispersive-wave emission driven directly by 40-fs Ti:sapphire laser pulses in a hollow capillary fiber”为题，发表于Optics Letters。

充气空芯毛细管光纤凭借高损伤阈值、宽带传输窗口、色散与非线性灵活可控等优势，为超快激光脉冲压缩及频率变换等研究提供了理想平台。基于充气空芯毛细管光纤的紫外色散波辐射技术，可将近红外激光高效转换至深紫外（200-300 nm）乃至真空紫外（100-200 nm）波段，并具备波长连续调谐能力，是产生高品质、可调谐紫外飞秒激光的前沿技术。近年来，研究团队系统地开展了空芯毛细管光纤中可调谐紫外色散波辐射研究，取得了一系列创新研究成果，包括成功实现微焦级紫外色散波的高精度时域测量 [Optics Letters 47, 4830 (2022)]，孤子分裂驱动的超宽谱紫外色散波辐射[Nature Communications 15, 8671 (2024)]等。

近期，研究团队系统研究了基于单级空芯毛细管光纤的可调谐紫外超快激光产生机理。实验上使用40 fs钛宝石激光脉冲直接驱动长度1 m、芯径100 μm的充气空芯毛细管光纤，成功获得微焦级的紫外色散波脉冲。通过精准调节光纤内填充气体的种类和气压，可实现185-450 nm波长连续可调谐的超快紫外激光输出。特别在长波长（320 - 450 nm）的色散波产生过程中，采用拉曼活性气体可诱导选择性能量耗散机制：该机制通过定向消耗特定的光谱成分能量，有效抑制非线性演化过程中的脉冲分裂现象，最终获得轮廓平滑的色散波光谱。该研究采用单级光纤架构实现光路高度集成，显著简化了传统紫外色散波产生的复杂系统设计，并且产生的宽带可调谐紫外超快激光有望应用于先进光谱学与质谱学等领域。