不同單周期脈沖壓縮方案的關鍵指標對比(左)，超連續白光光譜展寬(右上)，接近變換極限的單周期飛秒脈沖壓縮結果(右下)

單周期飛秒光源被譽為是產生孤立阿秒光脈沖的“理想”驅動源，但其產生與表征難度遠高于少周期飛秒激光，是超快激光領域公認的“硬骨頭”。長期以來，國際上眾多知名研究組采用各類“選通”技術，嘗試將少周期飛秒激光與物質的有效作用時間進一步壓縮至單周期，從而有效避免了少周期激光驅動產生阿秒脈沖串，間接發揮了單周期飛秒光源能夠在一個光學周期內最高效率實現孤立阿秒光脈沖產生這一天然優勢。

目前，國際上僅有少數研究組報道過單周期飛秒光源的相關成果，但其綜合指標(重復頻率 ～kHz、平均功率 ～W)與下一代高通量阿秒光源對驅動源的極端要求(重復頻率 ～100kHz、平均功率 10-100W)仍存在差距。在現有技術方案中，單周期飛秒光源為追求極致的脈沖寬度，往往需在重復頻率、平均功率、長期運行穩定性及輸出效率等關鍵參數上做出大幅妥協，難以實現多項指標的協同優化。因此，如何高效構建兼具高重復頻率與高功率特性的單周期飛秒光源，已成為突破下一代高重頻、高通量阿秒光源技術瓶頸的關鍵。

近期，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心的方少波等人在單周期飛秒激光產生與表征領域取得進展。他們在飛秒激光傳播過程中，引入弱電離穩定機制的超連續譜，通過精準調控氣體電離程度，有效抑制了等離子體不穩定性及色散擾動，將超連續白光的光譜范圍拓展至350—1300nm。在重復頻率50kHz、平均功率13.5W條件下，他們成功地將脈沖寬度從近200fs壓縮至3.7fs(變換極限3.6 fs)，峰值功率從2.2GW提升至45.8GW，實現了高重頻、高功率、單周期脈沖壓縮目標。

與以往單周期脈沖壓縮方案相比，該方案兼顧了高重復頻率、高平均功率、高峰值功率及高產生效率等多項關鍵指標，實現了多指標協同優化。該成果有望為研發高重頻、高通量阿秒光源提供關鍵技術支撐，助力高重頻阿秒物理研究。相關成果以“Single-cycle pulse compression with over 20-fold peak power enhancement at an average power of 13.5W”為題發表于Optics Letters。

中國科學院物理所博士生劉宇哲為第一作者，方少波副研究員為通訊作者。該工作受到了中國科學院、北京市有關項目的支持。

審核編輯 黃宇