超强激光科学卓越创新简报

(第六百零七期)

2025年3月7日

上海光机所在时空波包光参量放大方面取得进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所超强激光科学与技术重点实验室与张江实验室合作，在超光速时空波包放大方面取得进展，相关成果以“Behavior of optical parametric amplification of space-time wave packets”为题于发表于Optics Express。

由Abouraddy等人提出的时空波包【Nature Photonics 11, 733 (2017)】是一种传播无衍射脉冲光束，其群速度可以在亚光速与超光速间任意调控，并且具有反常折射、反常时空色散、自由空间色散、时间衍射等独特性质。研究团队先前工作表明，在窄带近似下，时空波包和光参量放大在动量空间（或者傅里叶空间）满足相同的分布，二者在数学上是等价的，因此可以利用光参量放大提高时空波包的能量并保持其时空特性不变【Communications Physics 5, 295 (2022)】。

研究团队利用数值模拟研究了经光参量放大后时空波包的时空特性，主要包括传播距离与脉冲宽度等。研究发现经光参量放大后，宽带时空波包的传播距离与放大前近乎一致，但脉冲宽度会因为窄带近似失效而增大。因此，研究团队提出了两种方法提高非窄带近似下时空波包和光参量放大在动量空间的匹配度，从而保持短脉冲特性不变，如图1所示。研究团队还研究了偏离匹配曲线、更高超光速时空波包的光参量放大，如图2所示，提出了提高匹配度的方法。本文的研究结果为之后在实验上产生高能超光速时空波包提供了理论参考。

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图1泵浦光传播角与对应的时空波包放大结果

图2时空波包顶点波长和群速度与泵浦光方向角的对应关系