【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所超強激光科學(xué)與技術(shù)全國重點實驗室宋立偉和田野研究員團隊在長波紅外飛秒激光研究方面取得重要進展。研究團隊研制出一套重復(fù)頻率高達50 kHz、峰值場強達14.8 MV/cm、波長調(diào)諧范圍覆蓋8–12.5 μm的長波紅外飛秒激光系統(tǒng)，并基于硅薄膜四波混頻原理解決了長波紅外脈沖難以多維度表征的技術(shù)瓶頸，實現(xiàn)了對激光脈沖空間、時間、頻譜和相位等關(guān)鍵參數(shù)的精確測量。相關(guān)研究成果以“Generation and Spatio-Temporal Characterization of High-Repetition-Rate High-Peak Power Long-Wave Infrared Laser Pulses”為題，發(fā)表于Laser & Photonics Reviews。
 

　　長波紅外(LWIR，8-15 μm)激光在強場物理、紅外測量、超快動力學(xué)調(diào)控等領(lǐng)域具有重要價值，如8–12.5 μm頻率范圍能精確匹配眾多分子的特征振動指紋區(qū)，是紅外光譜學(xué)和選擇性激發(fā)的重要通道。然而，現(xiàn)有長波紅外激光系統(tǒng)難以兼顧高重復(fù)頻率和高峰值強度。同時，由于該波段缺乏高靈敏度探測器件，對激光脈沖的空間分布與時域信息進行精確測量始終是技術(shù)難點。
 

　　研究團隊基于Yb:YAG激光器，結(jié)合多通腔脈沖壓縮、光參量放大和激光差頻技術(shù)，成功實現(xiàn)了高重頻、高峰值功率、可調(diào)諧長波紅外激光脈沖輸出。該光源在實現(xiàn)50 kHz高重復(fù)頻率的同時，于10 μm處獲得121 fs(3.6個光周期)的脈沖寬度和14.8 MV/cm的峰值場強，在長波紅外波段實現(xiàn)了高重頻與強場協(xié)同輸出的關(guān)鍵技術(shù)突破；激光調(diào)諧范圍覆蓋8–12.5 μm，平均功率約12 mW。在脈沖表征方面，團隊提出一種基于硅薄膜四波混頻的非線性光學(xué)成像方法，將長波紅外激光頻率上轉(zhuǎn)換至可見-近紅外波段，利用硅基探測器實現(xiàn)了以往難以直接測量的高精度診斷。結(jié)合二維光譜成像與互相關(guān)頻率分辨光學(xué)開關(guān)(XFROG)技術(shù)，團隊成功實現(xiàn)了對121 fs脈沖寬度、對應(yīng)頻譜寬度及相位分布的精確重構(gòu)，測量精度達到少周期量級，為長波紅外超快光源的時域與頻域特性提供了完整、可靠的定量表征手段。
 

　　該成果為強場物理、超快化學(xué)、紅外光譜學(xué)等領(lǐng)域提供了一種兼具高性能與易用性的長波紅外光源方案，有望推動高重頻強場光源在動態(tài)過程探測、材料調(diào)控等前沿科學(xué)中的重要應(yīng)用。
 

　　相關(guān)工作得到了科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)青年基金(A類)、基金委集成項目、中國科學(xué)院基礎(chǔ)研究青年團隊項目等支持。