近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場(chǎng)激光物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在大能量中紅外飛秒渦旋激光方面取得新進(jìn)展。提出了利用空間相位調(diào)制結(jié)合光學(xué)參量啁啾脈沖放大技術(shù)產(chǎn)生超強(qiáng)超短渦旋激光的方法，并國(guó)際首次實(shí)現(xiàn)中紅外波段的大能量飛秒渦旋激光輸出。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《光子學(xué)研究》（Photonics Research），并被遴選為當(dāng)期的“Editor’s Pick”文章。

與高斯光束相比，渦旋光攜帶軌道角動(dòng)量，在量子信息、光捕獲和操縱、超分辨率顯微等前沿研究領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用價(jià)值，尤其是中紅外高峰值功率的渦旋激光在驅(qū)動(dòng)高次諧波產(chǎn)生具有軌道角動(dòng)量的相干X射線方面具有重大應(yīng)用前景，但利用傳統(tǒng)方法難以直接產(chǎn)生高峰值功率的中紅外渦旋激光。

研究人員利用非線性頻率變換的方法獲得了中紅外4μm波段的高性能種子源，通過特殊設(shè)計(jì)的相位調(diào)控元件獲得渦旋種子激光，經(jīng)過高增益光學(xué)參量放大和精密色散控制后，獲得了脈沖能量達(dá)10 mJ、脈沖寬度為百飛秒量級(jí)的中紅外渦旋激光。并進(jìn)一步驗(yàn)證了輸出激光的拓?fù)浜蓴?shù)，證實(shí)了該方法對(duì)于渦旋特性的高保真度。這種高能量中紅外飛秒渦旋激光為強(qiáng)場(chǎng)物理領(lǐng)域提供了一種新工具，并有望進(jìn)一步擴(kuò)展到其他波長(zhǎng)或者更高峰值功率的渦旋光激光系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)相對(duì)論強(qiáng)度的渦旋激光，并將極大地推動(dòng)相關(guān)前沿領(lǐng)域的發(fā)展。

圖1 （a）基于OPCPA的飛秒中紅外渦旋光激光示意圖；（b）種子渦旋光光斑；（c）輸出渦旋光光斑；（d）輸出激光脈沖寬度和相位信息；（e）輸出激光光譜信息。