少周期飛秒激光不僅是產(chǎn)生高次諧波和孤立阿秒光脈沖的主力光源，同時(shí)也廣泛應(yīng)用于各類超快泵浦-探測(cè)實(shí)驗(yàn)和瞬態(tài)吸收譜學(xué)。傳統(tǒng)的少周期飛秒脈沖普遍基于1kHz重復(fù)頻率的飛秒激光放大器系統(tǒng)。如能進(jìn)一步提高重復(fù)頻率(≥50kHz)，不僅能將極紫外阿秒光脈沖的光子通量提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，還將極大優(yōu)化非平衡態(tài)超快物理實(shí)驗(yàn)相關(guān)探測(cè)過程中的信噪比。
 

　　中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心原子尺度阿秒超快動(dòng)力學(xué)青年團(tuán)隊(duì)長期致力于少周期飛秒激光再壓縮和亞周期阿秒光場(chǎng)調(diào)控研究。曾利用充氣空芯光纖(APL 115, 031102, 2019)和級(jí)聯(lián)薄片組(APL 118, 261102, 2021)先后產(chǎn)生了3.8fs 和3.6fs的少周期飛秒脈沖(重復(fù)頻率均為1kHz)，并以此為驅(qū)動(dòng)光源首次開展了合成光場(chǎng)調(diào)控固體高次諧波的研究(APL?120, 121105, 2022)。
 

　　在前期工作的基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)綜合考慮固體多通腔和固體薄片組的各自優(yōu)勢(shì)，提出超倍頻程光譜再展寬和少周期飛秒脈沖再壓縮的新路徑(圖)。首次以全固態(tài)技術(shù)路線高效率實(shí)現(xiàn)了脈沖寬度壓縮26倍(180fs - 6.9fs)，峰值功率提升11倍(1.1GW - 12.5GW)的高重頻少周期脈沖再壓縮，4小時(shí)功率穩(wěn)定性優(yōu)于0.1%，其中第一級(jí)功率穩(wěn)定性優(yōu)于0.04%。該工作的峰值功率和壓縮脈寬在全固態(tài)方法中均位于國際較高水平(圖)，展寬優(yōu)化后的光譜范圍超過1.5個(gè)倍頻程(500nm – 1420nm)，支持小于0.8個(gè)光學(xué)周期(2.7fs)的傅里葉變換極限脈沖(圖)。
 

　　該工作有望作為下一代高通量極紫外阿秒光源的驅(qū)動(dòng)激光，實(shí)現(xiàn)更高時(shí)間分辨率、更高信噪比的泵浦-探測(cè)超快譜學(xué)測(cè)量。相關(guān)成果以“Few-cycle 12.5-GW pulses generated via efficient all-solid-state post-compression from an ytterbium laser”為題發(fā)表于【Optics Letters 49, 6992-6995 (2024)】。物理所研究生劉宇哲(第一作者)、諶峙東、楊森池、賀一誠共同參與了本工作，物理所汪信波副研究員、中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院麻云鳳研究員、中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院周春副研究員給予本工作指導(dǎo)與支持，團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人方少波為本論文通訊作者。該工作受到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國科學(xué)院-財(cái)政部聯(lián)合穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)計(jì)劃、北京市杰出青年科學(xué)基金、綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置(SECUF)的支持。
 

圖 指標(biāo)對(duì)比(左)，實(shí)驗(yàn)裝置(右上)，光譜與變換極限(右下)