近日，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場激光物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在太瓦級周期量級短波紅外渦旋脈沖產(chǎn)生方面取得新進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)將新型光場調(diào)控技術(shù)與光參量啁啾脈沖放大技術(shù) (OPCPA) 相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了高能渦旋激光的輸出。并基于級聯(lián)薄片非線性脈沖后壓縮技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)太瓦級周期量級短波紅外渦旋脈沖的輸出。相關(guān)成果以“Terawatt-Class Few-Cycle Short-Wave Infrared Vortex Laser”為題，發(fā)表于Ultrafast Science。

渦旋光是具有螺旋波前的空間結(jié)構(gòu)光束，由于其環(huán)形空間強(qiáng)度分布以及攜帶軌道角動量的特征，目前已在量子信息、超分辨顯微鏡和光鑷等方面有著廣泛的應(yīng)用。此外，將軌道角動量耦合進(jìn)超強(qiáng)超短激光中，可以為渦旋強(qiáng)場物理與非線性渦旋現(xiàn)象提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持與全新的實(shí)驗(yàn)手段。高強(qiáng)度周期量級的渦旋激光，在驅(qū)動渦旋粒子束及次級輻射（如孤立的阿秒光渦旋、太赫茲渦旋）等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。然而，由于渦旋相位結(jié)構(gòu)在激光放大與壓縮方面很難保持，目前高強(qiáng)度超短渦旋脈沖的產(chǎn)生仍在探索階段。

該研究中，研究人員通過將空間相位調(diào)制與OPCPA技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了1.45 μm的高能渦旋激光輸出，并驗(yàn)證了輸出的渦旋激光在空間中的傳輸穩(wěn)定性�；�于級聯(lián)薄片脈沖后壓縮技術(shù)，在不破壞渦旋相位結(jié)構(gòu)的條件下首次實(shí)現(xiàn)13.7 mJ/10.59 fs的太瓦級周期量級短波紅外渦旋脈沖輸出。該方案可為非線性渦旋現(xiàn)象提供技術(shù)支持，為超快軌道角動量物理研究提供基礎(chǔ)。

圖1.實(shí)驗(yàn)裝置圖

圖2.(a, c, e) OPCPA放大后輸出的一階、二階和三階渦旋光斑圖; (b, d, f) 渦旋光束的柱透鏡焦點(diǎn)條紋。

圖3.壓縮后的渦旋脈沖時域測量圖

相關(guān)工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院青促會以及上海市揚(yáng)帆計劃等項(xiàng)目的支持。

相關(guān)鏈接：https://spj.science.org/doi/10.34133/ultrafastscience.0039