超强激光科学卓越创新简报

(第二百四十五期)

2022年1月20日

上海光机所在中红外超强超短脉冲非线性自压缩方面取得新进展

　　近期，中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室在中红外超强超短脉冲非线性自压缩方面取得新进展。研究团队提出了利用多薄片级联与非线性自压缩相结合的方法，产生了周期量级中红外超强超短脉冲。相关研究成果发表于《光学快报》（Optics Letters）。

　　中红外3-5μm周期量级超强超短激光在多个领域有着广泛的应用，包括驱动高次谐波及太赫兹辐射等等。目前，多薄片级联方案已被证实可以用于超连续谱和周期量级脉冲产生，但主要的研究都基于800nm的近红外脉冲，因此需要额外如啁啾镜的色散补偿元件。而对于中红外脉冲，其位于材料的反常色散区域，材料引入的负色散会与自相位调制引入的正色散相互抵消，可以在没有任何色散补偿元件的情况下，实现非线性自压缩过程。

　　在该研究中，研究人员将多薄片级联与非线性自压缩方案相结合，利用YAG薄片获得了4μm波段的中红外超连续谱，并通过非线性自压缩过程的精确色散补偿，获得了3.44 mJ、29.4 fs（约2.2个光周期）的周期量级中红外超强超短脉冲，能量效率高达71.7%。这种方法结合了多薄片级联与非线性自压缩的优点，不仅能量效率高、系统稳定，而且可以有效减小脉冲后压缩系统占地面积。同时，该方案可以扩展到更高能量的中红外脉冲后压缩上，为超强超短中红外激光的产生开辟一条新途径。

　　相关工作得到了中国科学院B类先导专项、国家自然科学基金委等的项目支持。

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图1 实验装置示意图

图2 光谱(a)与脉冲宽度(b)随薄片厚度的演化