圖1 (a)單次寬帶TG FROG裝置; (b)寬帶非線性頻率變換過程與雙脈沖測量實驗光路圖。

近期，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率激光物理聯合實驗室研究團隊在復雜組合激光脈沖單發次表征技術研究方面取得重大進展。研究團隊基于一種改進型寬帶瞬態光柵頻率分辨光學開關技術(TG-FROG)，實現了復雜高功率激光脈沖的單發次完整表征，并揭示了超短脈沖在非線性頻率轉換過程中的動態演化規律。相關研究成果以“Single-shot complete characterization of synthesized laser pulses and nonlinear frequency-conversion process”為題發表于Optics Express。

組合激光場(不同偏振、中心波長或脈寬的脈沖組合)在超快光譜學、高次諧波產生等領域具有重要應用，但其精確測量面臨多重挑戰。傳統方法受限于偏振敏感性、測量帶寬不足或需多次測量，難以滿足高功率、低重復頻率激光系統的實時診斷需求。此外，復雜脈沖的非線性頻率變換過程動態特性缺乏有效觀測手段，制約了激光系統的優化與應用拓展。

針對上述挑戰，研究團隊基于改進的TG-FROG測量技術，通過自參考和反射式結構與寬波段成像光譜儀的設計，實現支持至少460nm光譜范圍的單次測量，時間分辨率5.81 fs，光譜分辨率優于0.13 nm。實現了基頻脈沖與二次諧波脈沖在非線性頻率轉換過程中波形和光譜演變的同步觀測，揭示了高能量注入下的光譜展寬、紅移及時域多峰結構等復雜調制效應。并且成功測量了級聯二次諧波過程產生的具有光譜時域分離的雙色脈沖，解析了其時延(208.4 fs)與相對相位(0.29 rad)，突破了相位模糊限制。該方法一方面可以為超寬帶激光脈沖波形與對比度優化提供了良好測量手段，同時也能為復雜非線性光學物理過程提供了有力的診斷工具。

圖2 高注入能量下，SHG過程中基頻脈沖和二次諧波脈沖的TG-FROG同步測量結果

相關工作得到了國家自然科學基金、中國科學院先導專項課題、中國科學院創新基金等項目的支持。

審核編輯 黃宇