近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場(chǎng)激光物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和張江實(shí)驗(yàn)室、上海科技大學(xué)合作，在錐形疊加傳輸不變光脈沖的群速度控制研究方面取得進(jìn)展，相關(guān)成果以“Investigating group-velocity-tunable propagation-invariant optical wave-packets”為題發(fā)表于Scientific Reports。

傳輸不變光波包也叫無(wú)衍射光波包，其時(shí)空形狀在傳輸過(guò)程中保持不變，且傳輸距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了瑞利距離的限制。一個(gè)典型的例子就是高斯脈沖光束錐形疊加后產(chǎn)生的貝塞爾X光波包。該光波包已經(jīng)在醫(yī)學(xué)診斷、生物成像、微納制造和光學(xué)通信等領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用。由于兼具長(zhǎng)傳輸距離和超光速群速度兩個(gè)特性，近期該光波包在強(qiáng)場(chǎng)激光物理領(lǐng)域也備受關(guān)注。例如，可實(shí)現(xiàn)相位鎖定的電子加速，通過(guò)顯著增加電子加速的長(zhǎng)度，從而大幅提高加速電子的能量。

在物理空間和動(dòng)量空間分別描述錐形疊加產(chǎn)生的傳輸不變光波包：群速度為(a)傳統(tǒng)超光速、(b)加強(qiáng)超光速、(c)亞光速、(d)加速超光速、(e)減速亞光速和(f)任意變速度。

研究團(tuán)隊(duì)此前發(fā)現(xiàn)將脈沖光束的“脈沖前沿”與“相位前沿”分離后加以調(diào)制，可任意控制錐形疊加傳輸不變光波包的群速度【Sci. Rep. 10, 11481 (2020)和Commun. Phys. 3, 211 (2020)】。本工作報(bào)道了產(chǎn)生超光速、亞光速、加速、減速和任意變速群速度的方法，特別是在物理空間和動(dòng)量空間（傅里葉空間）分別進(jìn)行了公式推導(dǎo)和理論解釋。該工作為產(chǎn)生群速度可控的傳輸不變光波包提供了理論依據(jù)，將來(lái)可服務(wù)于諸如相位鎖定電子加速等強(qiáng)場(chǎng)激光物理實(shí)驗(yàn)。

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