近期，中國科學院上海光學精密機械研究所超強激光科學與技術重點實驗室與張江實驗室合作，在超光速時空波包放大方面取得進展，相關成果以“Behavior of optical parametric amplification of space-time wave packets”為題于發表于Optics Express。
 

　　由Abouraddy等人提出的時空波包【Nature Photonics 11, 733 (2017)】是一種傳播無衍射脈沖光束，其群速度可以在亞光速與超光速間任意調控，并且具有反常折射、反常時空色散、自由空間色散、時間衍射等獨特性質。研究團隊先前工作表明，在窄帶近似下，時空波包和光參量放大在動量空間(或者傅里葉空間)滿足相同的分布，二者在數學上是等價的，因此可以利用光參量放大提高時空波包的能量并保持其時空特性不變【Communications Physics 5, 295 (2022)】。
 

　　研究團隊利用數值模擬研究了經光參量放大后時空波包的時空特性，主要包括傳播距離與脈沖寬度等。研究發現經光參量放大后，寬帶時空波包的傳播距離與放大前近乎一致，但脈沖寬度會因為窄帶近似失效而增大。因此，研究團隊提出了兩種方法提高非窄帶近似下時空波包和光參量放大在動量空間的匹配度，從而保持短脈沖特性不變，如圖1所示。研究團隊還研究了偏離匹配曲線、更高超光速時空波包的光參量放大，如圖2所示，提出了提高匹配度的方法。本文的研究結果為之后在實驗上產生高能超光速時空波包提供了理論參考。
 

圖1泵浦光傳播角與對應的時空波包放大結果
 

圖2時空波包頂點波長和群速度與泵浦光方向角的對應關系