少周期飛秒驅(qū)動源是產(chǎn)生極紫外波段孤立阿秒脈沖的重要條件，采用常規(guī)方案需要經(jīng)過光譜展寬與脈沖壓縮兩個過程，效率低且壓縮元件對大能量脈沖的承受能力十分有限。近年來，人們利用光譜展寬過程中的非線性效應(yīng)實現(xiàn)色散補(bǔ)償，即自壓縮效應(yīng)，為解決該問題提供了新思路，不僅簡化了脈沖壓縮過程，也有利于大能量超短脈沖的產(chǎn)生。然而，自壓縮效應(yīng)存在復(fù)雜的非線性過程，既要展寬脈沖光譜，還要滿足脈沖傳輸過程中的正負(fù)色散匹配，因此對自壓縮效應(yīng)的控制較為困難。尤其是，常用的800nm波段鈦寶石激光由于缺乏具有合適負(fù)色散的光學(xué)材料，通常較難實現(xiàn)自壓縮。

中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心光物理重點實驗室研究員魏志義研究組長期致力于少周期激光脈沖產(chǎn)生的研究，最近該組博士研究生高亦談在副研究員趙昆、研究員魏志義等的指導(dǎo)下，基于研究組內(nèi)發(fā)展的薄片組光譜展寬技術(shù)，利用飛秒鈦寶石放大激光電離產(chǎn)生的錐狀輻射效應(yīng)，通過在空間上精確尋找到色散匹配最佳位置，并配合空間濾波，獲得了少周期飛秒自壓縮脈沖。實驗中，科研人員所用鈦寶石激光器的中心波長約800nm，脈寬小于40 fs。在該激光脈沖注入下，其產(chǎn)生了光譜覆蓋從650至900nm、脈寬短至8.8 fs的少周期脈沖，數(shù)值模擬的最短脈寬達(dá)5.0 fs。該工作展示出在800nm中心波長附近能穩(wěn)定產(chǎn)生少周期自壓縮脈沖的方法，首次實現(xiàn)了在固體材料自壓縮中對電離的調(diào)控，其在高功率少周期脈沖產(chǎn)生以及后續(xù)的阿秒脈沖產(chǎn)生方面存在潛力。此外，由于通過空間濾波后的自壓縮脈沖光斑為環(huán)形分布，而環(huán)形光斑在高通量高次諧波的產(chǎn)生過程中被證明有獨特優(yōu)勢，因此可為后續(xù)極紫外激光的產(chǎn)生研究提供穩(wěn)定可靠的光源。

相關(guān)研究成果發(fā)表在Optics Express上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金的支持。

圖1.空間上自壓縮效應(yīng)的原理圖

圖2.基于薄片組自壓縮的實驗裝置示意圖

圖3.精確調(diào)控電離強(qiáng)度后的自壓縮模擬結(jié)果