系統(tǒng)布局示意圖

近日，華南理工大學李志遠教授團隊與中國科學院上海光機所李儒新院士團隊合作，創(chuàng)造性地提出基于中紅外飛秒強激光泵浦的“非線性頻率上下轉換協(xié)同”新策略，成功研制出覆蓋200-25000nm的七個倍頻程、脈沖能量達1mJ、光譜平坦度達17dB的超平坦全譜段白光脈沖強激光。相關成果發(fā)表于國際頂級光學期刊Light: Science & Applications。

從原子內的電子躍遷，到原子間的分子振動及固體晶格振動，不同的微觀過程橫跨從深紫外到遠紅外的不同特征波段。為了同步觀測這些能量尺度迥異的微觀過程，自激光誕生60余年來，科學界都在長期追尋能夠覆蓋全光譜的激光光源。然而，傳統(tǒng)激光光源有的光譜窄、有的能量不足、有的平坦度低,無法同時滿足寬光譜、強脈沖、高平坦度的苛刻要求。

本項研究提出的這一全譜段白光強激光光源打破了以上局限，有望開創(chuàng)“單源全譜、同步快照”的激光光譜學新范式，開辟高速攝譜技術和泵浦-探測超快光譜技術的新天地，為物理學、化學、材料學、生物學等基礎科學研究以及生物醫(yī)學成像、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)檢測等應用領域打開廣闊前景。

非線性頻率上、下轉換協(xié)同實現(xiàn)高性能深紫外-遠紅外全譜段白光強激光

該白光激光系統(tǒng)采用3.9μm中紅外激光為橋接光源，通過上轉換過程將短波邊界推進至200nm深紫外區(qū)域，通過下轉換過程將長波邊界延伸至25μm遠紅外波段。團隊創(chuàng)新設計的啁啾周期極化鈮酸鋰(CPPLN)晶體實現(xiàn)了2-12次高次諧波同時產生，上轉換模塊轉換效率達40%、輸出能量1.45mJ;級聯(lián)LN-硒鎵銀(AGSe)晶體架構的下轉換模塊轉換效率達18%、輸出能量0.75mJ，綜合技術指標遠超同類型超連續(xù)激光裝置水平。

整個系統(tǒng)的光子束流強度比同步輻射裝置高出7-8個數(shù)量級，使得單束激光及單個激光脈沖即可同時探測深紫外電子躍遷、可見光電子激發(fā)、近紅外及中紅外分子振動、遠紅外晶格振動等五個能量尺度的物理化學過程。

華南理工大學與中國科學院上海光機所聯(lián)合培養(yǎng)的博士后洪麗紅為論文的第一作者，華南理工大學物理與光電學院教授李志遠、中國科學院院士李儒新為共同通訊作者。李志遠教授長期從事微納光子學、非線性光學、激光技術、拓撲光子學和量子物理中的理論、實驗和應用研究。

審核編輯 黃宇