系統(tǒng)布局示意圖

近日，華南理工大學(xué)李志遠教授團隊與中國科學(xué)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(zhuǎn)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(guān)成果發(fā)表于國際頂級光學(xué)期刊Light: Science & Applications。

從原子內(nèi)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(xué)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(xué)新范式，開辟高速攝譜技術(shù)和泵浦-探測超快光譜技術(shù)的新天地，為物理學(xué)、化學(xué)、材料學(xué)、生物學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)研究以及生物醫(yī)學(xué)成像、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)檢測等應(yīng)用領(lǐng)域打開廣闊前景。

非線性頻率上、下轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換過程將短波邊界推進至200nm深紫外區(qū)域，通過下轉(zhuǎn)換過程將長波邊界延伸至25μm遠紅外波段。團隊創(chuàng)新設(shè)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(chǎn)生，上轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換效率達40%、輸出能量1.45mJ;級聯(lián)LN-硒鎵銀(AGSe)晶體架構(gòu)的下轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換效率達18%、輸出能量0.75mJ，綜合技術(shù)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(xué)過程。

華南理工大學(xué)與中國科學(xué)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(xué)物理與光電學(xué)院教授李志遠、中國科學(xué)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(xué)、非線性光學(xué)、激光技術(shù)、拓撲光子學(xué)和量子物理中的理論、實驗和應(yīng)用研究。

審核編輯 黃宇