少周期飛秒驅(qū)動(dòng)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(gè)過程，效率低且壓縮元件對(duì)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(shí)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(jiǎn)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(duì)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(shí)現(xiàn)自壓縮。

中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心光物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員魏志義研究組長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)中，科研人員所用鈦寶石激光器的中心波長(zhǎng)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(zhǎng)附近能穩(wěn)定產(chǎn)生少周期自壓縮脈沖的方法，首次實(shí)現(xiàn)了在固體材料自壓縮中對(duì)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(dú)特優(yōu)勢(shì)，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(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)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(shí)驗(yàn)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