中红外双波长可调谐超短脉冲及对固体高次谐波的调控

因此，梁厚昆课题组对在频域上具有灵活调谐能力的中红外多波长系统进行了深入地研究。通过结合马丁内兹压缩器和基于LGS晶体的光参量放大系统，产生了具有数百毫瓦平均功率且能够实现两种频谱调谐能力的双波长中红外脉冲输出：1.在啁啾完全补偿下，通过调节晶体相位匹配角实现了在5.6–11.4 μm范围内双波长对频谱位置的调谐，如图2(a)所示；2.在啁啾未完全补偿下，在相位匹配条件不变的情况下，通过调节泵浦和信号之间的时延实现了某一特定双波长对相对振幅强度的调谐，如图2(b)所示。另外，通过系统最直接的应用—驱动高次谐波产生，概念性地证明了该系统对高次谐波谱的调控作用：在啁啾未完全补偿下，通过双波长的中红外脉冲

图2 中红外双波长脉冲光谱整形。(a)当啁啾和色散完全补偿时，通过调节晶体相位匹配角，测量得到的波长位置可调谐的中红外双波长光谱。(b)当存在一定的残留啁啾和色散时，在特定相位匹配角下，通过调谐信号与泵浦脉冲的不同光谱分量之间的时间重叠，测量得到的相对振幅可以任意调谐的中红外双波长脉冲的光谱。(a)旁边和(b)上面的标签表示双波长中红外光谱中光谱带的中心波长。

对ZnSe薄片驱动，同时激发了基频波长在7.1和9.3 μm处的谐波，如图3(a–b)所示，并且通过调节泵浦时延谐波相对强弱可以调谐；在啁啾完全补偿下，通过调节泵浦时延可以实现高次谐波谱如图3(d–f)所示的整形。

图3利用中红外双波长可调谐脉冲驱动产生的高次谐波谱整形。(a)–(c)当啁啾和色散部分补偿时，同时测得了基频波长分别在7.1和9.3 μm处的两套高次谐波谱，并且通过调节泵浦时延实现两套高次谐波光谱强度的相对调谐。(d)–(f)当啁啾和色散完全补偿时，通过调节泵浦时延实现的高次谐波光谱整形。

研究过程中所使用的中红外双波长可调谐光参量放大系统如图4所示，利用高功率1 μm泵浦源的部分能量在YAG晶体里面产生白光作为种子光，随后利用该泵浦进行基于LGS晶体的两级光参量放大，并在每级参量放大之前用马丁内兹压缩器对信号进行压缩。其中，第一级马丁内兹压缩器用来补偿信号光中的频率啁啾和晶体中的色散，以保证能在第一级光参量放大后获得近红外双波长脉冲，第二级马丁内兹压缩器只用来补偿晶体中的色散，使近红外双波长成分保持时域上的重叠，从而在第二级光参量过程中实现双波长中红外的输出。因此，通过对马丁内兹压缩器引入色散、泵浦时延以及晶体相位匹配角的精确调控，获得了具有高度调谐能力的中红外多波长脉冲。

图4 中红外双波长可调谐光参量放大系统装置示意图

本文展示了一种新的产生中红外多波长可调谐脉冲的方法即中红外双波长可调谐的光学参量放大系统，该系统输出的中红外双波长脉冲在频域上具有灵活的调谐性，这在强场物理领域可以引发更高级的应用，如场控电离和超快电子隧穿。同时，通过在多晶ZnSe薄片中驱动高次谐波产生，概念性地证明了其对高次谐波光谱的调控作用，这为准超连续谱生成、多光谱成像以及固体中强场超快动力学的研究提供了新的可能性。