【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所超強(qiáng)激光科學(xué)與技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)在基于雙晶體光譜級(jí)聯(lián)的高效率寬帶短波紅外脈沖放大技術(shù)方面取得研究進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“Broadband amplification by dual-crystal spectra cascading in a short-wave infrared ultra-intense ultrashort laser”為題發(fā)表于Photonics Research。
 

　　在光參量OPCPA放大過(guò)程中，由于泵浦脈沖的脈沖寬度往往在幾十皮秒甚至納秒量級(jí)，因此需要使用較長(zhǎng)的中紅外非線性晶體來(lái)有效地提高放大脈沖的能量。都生成如果簡(jiǎn)單地增加單晶的長(zhǎng)度，那么在放大過(guò)程中，當(dāng)信號(hào)脈沖和閑置脈沖的強(qiáng)度達(dá)到一定程度時(shí)，非線性三波耦合過(guò)程將引起來(lái)自信號(hào)和閑置脈沖的能量回流到泵浦脈沖。隨著晶體長(zhǎng)度的增加，晶體的相位匹配帶寬變窄，導(dǎo)致輸出光譜變窄，輸出脈沖寬度變寬()。
 

　　針對(duì)上述挑戰(zhàn)，該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種基于雙晶體光譜級(jí)聯(lián)的高效率寬帶短波紅外(~1.5微米)OPCPA技術(shù)。通過(guò)級(jí)聯(lián)兩個(gè)不同相位匹配角的晶體，實(shí)現(xiàn)了半高寬超過(guò)110 nm的寬帶光譜放大，脈沖寬度壓縮到42.15 fs。與單晶結(jié)構(gòu)相比，雙晶結(jié)構(gòu)的光譜帶寬半高寬增加了85 nm，脈沖寬度縮短了43.2%。并且，這兩種晶體在不同的光譜波段具有不同的相位匹配，使得每個(gè)晶體中的三波耦合過(guò)程保持相互獨(dú)立，從而可以有效地抑制能量的反向回流，提高能量轉(zhuǎn)換效率，從而進(jìn)一步增強(qiáng)放大的脈沖能量。與單晶結(jié)構(gòu)相比，能量轉(zhuǎn)換效率提升了17.22%，轉(zhuǎn)換效率為25.9%，放大能量達(dá)到58.6mJ。在1.5微米左右波段壓縮后最終獲得30mJ的脈沖能量，對(duì)應(yīng)于0.74TW的峰值功率。該研究展示的短波紅外超強(qiáng)和超短激光為強(qiáng)場(chǎng)物理和非線性光學(xué)的前沿研究提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持和新穎的實(shí)驗(yàn)方法，它在高次諧波產(chǎn)生(HHG)和水窗X射線產(chǎn)生、阿秒超快科學(xué)、強(qiáng)場(chǎng)THz輻射及其應(yīng)用以及燃燒診斷研究等各種前沿研究和應(yīng)用領(lǐng)域都發(fā)揮著很大作用。
 

　　相關(guān)工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。
 

圖1 雙晶體光譜級(jí)聯(lián)OPCPA技術(shù)原理示意圖
 

圖2 單晶體和雙晶體情況下各階段后輸出光譜
 

圖3 單晶體和雙晶體情況下的壓縮后輸出脈寬等測(cè)量圖