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可見光在自然界中的重要性毋庸置疑。在人眼看來，它是太陽發(fā)出的到達(dá)地球表面的最強(qiáng)烈的光，是生命基礎(chǔ)生物過程的基本元素。然而，很難產(chǎn)生像激光那樣短時(shí)間內(nèi)強(qiáng)度達(dá)到飛秒量級(jí)(十億分之一秒)的相干可見光。

魁北克大學(xué)國立科學(xué)研究院

由魁北克大學(xué)國立科學(xué)研究院（Institut national de la recherche scientifique,INRS）的 Luca Razzari教授領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組，在不使用復(fù)雜系統(tǒng)的情況下成功地實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。他們的研究結(jié)果最近發(fā)表在著名的《Nature Photonics》雜志上。

LUCA RAZZARI，來源：CHRISTIAN FLEURY

實(shí)驗(yàn)原理

為了產(chǎn)生這種時(shí)間尺度的可見光，研究小組使用了可用于大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室的工業(yè)級(jí)激光系統(tǒng)。他們發(fā)現(xiàn)，通過在充滿氬氣的空心纖維中傳播紅外激光脈沖，非線性效應(yīng)產(chǎn)生了高強(qiáng)度的短可見光脈沖。拉扎里教授解釋說：“我們觀察到不同‘模式’的混合，即光束在光纖中傳播時(shí)的空間形狀，從而產(chǎn)生這種效果。這種現(xiàn)象只有在強(qiáng)光下才會(huì)發(fā)生。”他與Roberto Morandotti教授和Franois Légaréat教授合作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并與來自法國國家科學(xué)研究中心（CNRS）、路易斯安那州立大學(xué)和Heriot Watt大學(xué)的國際研究人員團(tuán)隊(duì)合作，對(duì)觀察到的現(xiàn)象提供理論建模。

（a)氬填充的氫氟碳化合物中的可見脈沖產(chǎn)生機(jī)制。插圖中顯示了模式EH1，n (n = 1，2，3，4)的空間強(qiáng)度分布。（b)通過光纖的總功率傳輸輸入與脈沖能量和氣體壓力的函數(shù)關(guān)系。（c)800納米以上紅外區(qū)(左軸)和800納米以下可見光區(qū)(右軸)的透射能量。（d)（e)：2.9巴分貝標(biāo)度下的實(shí)驗(yàn)輸出光譜，輸入脈沖能量從0.19 mJ(藍(lán)色)到0.94 mJ(紅色)以大約50 J的步長變化。e中的水平虛線表示可見光開始產(chǎn)生。

這是一種創(chuàng)新的方法，第一次不依賴復(fù)雜和昂貴的光學(xué)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了超短的可見光脈沖。因此，它可以被廣泛用于探索物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)中的各種現(xiàn)象，如光合作用甚至人類視覺?！巴ㄟ^我們的脈沖，我們可以研究這種過程的動(dòng)力學(xué)，以及它們是如何在極短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)化的?！闭撐牡谝蛔髡?、博士后研究員Riccardo Piccoli說。

來源: Intense few-cycle visible pulses directly generated via nonlinear fibre mode mixing,Nature Photonics,10.1038/s41566-021-00888-7

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新方法｜激光助力產(chǎn)生可見光