近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室在太瓦級周期量級短波紅外渦旋脈沖產(chǎn)生方面取得新進展。研究團隊將新型光場調(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超強超短激光中，可以為渦旋強場物理與非線性渦旋現(xiàn)象提供強有力的技術(shù)支持與全新的實驗手段。高強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，目前高強度超短渦旋脈沖的產(chǎn)生仍在探索階段。

圖1 實驗裝置圖

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條紋。

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，實現(xiàn)了1.45 μm的高能渦旋激光輸出，并驗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3 壓縮后的渦旋脈沖時域測量圖

文章來源：上光所

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