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上海光机所在量子几何调控高次谐波偏振方面取得重要进展

近日，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研究团队，在强场量子几何与偏振调控领域取得重要突破。研究团队通过动力学对称性工程与量子几何相位操控，首次实现了对固体高次谐波手性与椭圆度的全光学任意调控（图1）。相关成果以“Chiral high-harmonic generation via subcycle symmetry engineering”为题发表于Physical Review Letters，并在PRL官网首页作为亮点展示，同时获美国物理学会《物理》（APS Physics）专题报道（图2）。

偏振调控通常依赖双折射波片等无源光学元件，但其工作波段受材料透明窗口限制，调控速度也受制于机械旋转。高次谐波产生（HHG）能够产生短波长相干光，但其偏振态受到角动量守恒和材料对称性的制约。因此，如何突破材料和对称性限制，实现短波长光源偏振态的快速灵活调控，是强场光物理领域的重要问题。

该工作的核心创新在于利用光场主动操控量子几何，实现高次谐波偏振调控。研究团队采用相位锁定的ω–2ω双色场，通过调节相对相位和强度比，打破驱动光场的时间反演与半周期平移联合对称性，调控电子动力学中的量子几何相位，从而产生原本受对称性禁戒的偏振分量，实现谐波椭圆度和手性的连续调控。

实验上，团队以拓扑绝缘体Bi2Se3、Rashba半导体BiTeI以及层状半导体GaSe等典型材料验证了该方案的普适性。通过调节双色场相对相位，谐波的偏振态可在右旋圆偏振、线偏振和左旋圆偏振之间连续切换，实现了飞秒尺度的超快偏振调控。该方法还可拓展至多个谐波级次，并有望覆盖真空紫外至极紫外等更短波长范围，为传统波片难以覆盖的光谱区域提供新的偏振调控手段。

研究团队长期聚焦强场光波驱动的固体高次谐波产生与超快动力学研究，围绕拓扑表面态高次谐波产生[Nat. Phys. 17, 311 (2021)]、非绝热量子几何演化[Phys. Rev. Lett. 133, 243801 (2024)]及二维材料超快光波电子学[Phys. Rev. B 112, 174306 (2025)]等开展了系列工作。此次研究进一步拓展了动力学对称性与量子几何在非线性光偏振调控中的应用。美国物理学会Physics杂志以“Tuning Light Polarization with Quantum Geometry”为题进行了专题报道，指出该方法区别于传统双折射偏振技术，并有望用于手性分子光谱和基于偏振自由度的超快光信息存储。

相关工作得到国家自然科学基金项目、中国科学院青年促进会和中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划等的支持。

原文链接


图1：双色场驱动下高次谐波偏振与手性调控原理及实验结果

图2：美国物理学会Physics对该工作的专题报道

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