少週期飛秒驅動源是產生極紫外波段孤立阿秒脈衝的重要條件，採用常規方案需要經過光譜展寬與脈衝壓縮兩個過程，不僅效率低，而且壓縮元件對大能量脈衝的承受能力也極為有限。近年來人們利用光譜展寬過程中的非線性效應實現色散補償，即自壓縮效應，為這一問題的解決提供了新的思路，不僅簡化了脈衝壓縮過程，也有利於大能量超短脈衝的產生。然而自壓縮效應存在著複雜的非線性過程，既要展寬脈衝光譜，又要滿足脈衝傳輸過程中的正負色散匹配，因此對自壓縮效應的控制極為困難。尤其對常用的800nm波段鈦寶石鐳射，由於缺乏具有合適負色散的光學材料，通常很難實現自壓縮。
中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心光物理重點實驗室魏志義研究組（L07組）多年來致力於少週期鐳射脈衝產生的研究，最近該組博士研究生高亦談在趙昆、魏志義等人的指導下，基於研究組內發展的薄片組光譜展寬技術，利用飛秒鈦寶石放大鐳射電離產生的錐狀輻射效應，透過在空間上精確尋找到色散匹配最佳位置，並配合空間濾波，最終獲得了少週期飛秒自壓縮脈衝。實驗中他們所用鈦寶石鐳射器的中心波長約800nm，脈寬小於40 fs。在該鐳射脈衝注入下，產生了光譜覆蓋從650至900nm、脈寬短至8.8 fs的少週期脈衝，數值模擬的最短脈寬達5.0 fs。該工作展示了在800nm中心波長附近能穩定產生少週期自壓縮脈衝的方法，首次實現了在固體材料自壓縮中對電離的調控，其在高功率少週期脈衝產生以及後續的阿秒脈衝產生方面存在巨大的潛力。
此外，由於透過空間濾波後的自壓縮脈衝光斑為環形分佈，而環形光斑在高通量高次諧波的產生過程中被證明有獨特的優勢，因此可為後續極紫外鐳射的產生研究提供穩定可靠的光源。相關結果發表於最近的Optics Express上（https://www.osapublishing.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-29-19-29789 ）。這也是該組繼採用固體薄片進行光譜展寬併產生少週期飛秒脈衝系列突破工作的基礎上，最新獲得的創新成果；前序文章包括Appl. Phys. Lett. 118, 261102 (2021)、Chin. Phys. B 29, 013206 (2020)、 Chin. Phys. B 28, 114203 (2019)、物理學報 67, 124203 (2018)、Chin. Phys. Lett. 34, 074204 (2017)、物理學報 66, 134207 (2017)、Opt. Lett. 42, 474 (2017) 等（詳見附錄）。
這項工作及相關研究得到科技部重點研發計劃和國家自然科學基金的支援。
圖1，空間上自壓縮效應的原理圖
圖2，基於薄片組自壓縮的實驗裝置示意圖
圖3，精確調控電離強度後的自壓縮模擬結果
附錄：論文題目
- Generation of annular femtosecond few-cycle pulses by self-compression and spatial filtering in solid thin plate, Opt. Express 29, 29789 (2021). https://www.osapublishing.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-29-19-29789&id=458338
- Efficient generation of UV-enhanced intense supercontinuum in solids: Toward sub-cycle transient, Appl. Phys. Lett. 118, 261102 (2021). https://doi.org/10.1063/5.0055348
- Attosecond pulse trains driven by IR pulses spectrally broadened via supercontinuum generation in solid thin plates, Chin. Phys. B 29, 013206 (2020). http://cpb.iphy.ac.cn/EN/10.1088/1674-1056/ab6315
- Broadband mid-infrared pulse via intra-pulse difference frequency generation based on supercontinuum from multiple thin plates, Chin. Phys. B 28, 114203 (2019). http://cpb.iphy.ac.cn/EN/10.1088/1674-1056/ab4579
- 基於固體介質的倍頻程連續光譜產生的研究進展，物理學報 67, 124203 (2018). http://wulixb.iphy.ac.cn/cn/article/doi/10.7498/aps.67.20180706
- High-Efficiency Generation of 0.12 mJ, 8.6 fs Pulses at 400nm Based on Spectral Broadening in Solid Thin Plates, Chin. Phys. Lett. 34, 074204 (2017). http://cpl.iphy.ac.cn/Y2017/V34/I7/74204
- 基於固體薄片超連續飛秒光源驅動的高次諧波產生實驗，物理學報 66, 134207 (2017). http://wulixb.iphy.ac.cn/cn/article/doi/10.7498/aps.66.134207
- High-efficiency supercontinuum generation in solid thin plates at 0.1 TW level, Opt. Lett. 42, 474 (2017). https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?URI=ol-42-3-474
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編輯：dogcraft
