近日，中國科學院上海光學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生方面取得新進展。研究團隊將新型光場調控技術與光參量啁啾脈沖放大技術 (OPCPA) 相結合，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，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構光束，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支持與全新的實驗手段。高強度周期量級的渦旋激光，在驅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用前景。然而，由于渦旋相位結構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生仍在探索階段。

該研究中，研究人員通過將空間相位調制與OPCPA技術相結合，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，在不破壞渦旋相位結構的條件下首次實現(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)象提供技術支持，為超快軌道角動量物理研究提供基礎。

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。

圖3.壓縮后的渦旋脈沖時域測量圖

相關工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、中國科學院青促會以及上海市揚帆計劃等項目的支持。

相關鏈接：https://spj.science.org/doi/10.34133/ultrafastscience.0039