近期，中科院上海光機所強場激光物理國家重點實驗室研究團隊，針對高重頻飛秒激光氣體成絲自抖動的瓶頸問題，提出了一種顯著提升高重頻飛秒光絲及超連續(xù)譜（SC）白光光源指向穩(wěn)定性的方法，有效抑制了空氣光絲誘導產(chǎn)生超連續(xù)譜白光激光的強度和光束指向抖動。該結(jié)果以“Stable, intense supercontinuum light generation at 1kHz by electric field assisted femtosecond laser filamentation in air”為題，發(fā)表于Light: Science & Applications上。

覆蓋可見光波段的超連續(xù)譜激光因其超寬的光譜寬度以及良好相干性，被稱為“白光激光”。它被廣泛應用于生物醫(yī)學成像、分子指紋光譜、光學相干斷層掃描、可調(diào)超快脈沖生成、飛秒脈沖壓縮等領域。白光激光通常是通過固體材料或光子晶體光纖、中空光纖等產(chǎn)生。短脈沖激光氣體成絲提供了免材料損傷的白光激光產(chǎn)生途徑，但是脈沖累加引起的指向抖動限制了高重頻下的應用。受限于固體材料的損傷閾值或被氣體中自抖動問題影響，目前很難得到穩(wěn)定傳輸?shù)拇竽芰扛咧仡l白光激光光源，也是超連續(xù)譜光源產(chǎn)生及其應用領域內(nèi)的亟需解決的國際難題。

在這項研究中，研究人員利用高重頻飛秒激光在空氣中成絲產(chǎn)生大能量超連續(xù)白光光源，創(chuàng)新性地在光絲上加載外部高壓直流電場，從根源上解決了光絲的熱致抖動問題，其原理為通過外加電場抑制等離子體復合并使其壽命延長，從而在下一激光脈沖到來之際減少因等離子體復合造成的熱量沉積，從而成功降低了由熱擴散造成的氣流擾度強度。此外，光絲誘導電暈放電產(chǎn)生的穩(wěn)定離子風也可有效克服光絲自擾動氣流，實驗結(jié)果表明在外電場作用下高重頻（1kHz）光絲及前向超連續(xù)白光的空間指向穩(wěn)定性可提升至少2倍，與此同時，白光激光光譜強度的穩(wěn)定性也得到顯著提升，研究人員利用1 kHz/6.54 mJ飛秒激光脈沖在空氣中成絲，成功得到了3.55 mJ穩(wěn)定的超連續(xù)譜白光光源。該工作有效解決了目前高重頻飛秒激光氣體成絲的指向和強度抖動的國際難題，不僅為空氣中產(chǎn)生高重頻穩(wěn)定大能量超連續(xù)白光光源開辟了道路，也為基于高重頻光絲的二次輻射源、成像和材料微加工等其他應用拓展了新機遇。

圖1.（a）（b）實驗裝置示意圖。（c）（d）未加載與加載直流高壓電場時光絲及光絲誘導電暈的真彩圖像。（e）（f）對應的前向光斑。

圖2.(a) 1 kHz時前向超連續(xù)譜白光激光和光絲指向角的標準差（SDEV）與外加高壓的函數(shù)關(guān)系。（b）不同激光重復率下，前向SC光（b）和光絲（c）散射角SDEV。(d)施加在光絲上的有效電場隨加載高壓的變化關(guān)系。

圖3.(a)有（FIL+55 kV）和無（FIL）外直流高壓時前向超連續(xù)譜白光光譜對比，未成絲（noFIL）初始激光光譜作為參考。(b)不同外加高壓下，超連續(xù)光譜強度的信噪比（1 kHz）。(c)超連續(xù)譜白光激光能量與泵浦激光能量的函數(shù)關(guān)系（聚焦透鏡焦距為1m）。

該工作得到了國家自然科學基金聯(lián)合基金項目、中科院國際合作重點項目、上海市科技項目等支持。

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