双波长激光： 引导高次谐波生成的新工具

双波长MIR OPA的设计和仿真。(A）LGS晶体在1030纳米泵浦下的抛物线型I型PM曲线。在不同的PM角度下，惰轮脉冲中不同的MIR波长对和相应的近红外信号光谱成分用彩色虚线标记。(B至D）通过在白光生成过程后直接馈送信号脉冲（B和C）和仔细补偿继承的光谱啁啾（D）来比较MIR参数化放大。泵的延迟被调整为与1224纳米（B）和1163纳米（C）的信号光谱分量相重合。(E) 通过调整LGS晶体的PM角，当光谱啁啾被补偿，1224和1163纳米的信号分量在时域中被重叠时，放大的双波长可调谐惰轮脉冲的模拟光谱。通过模拟得到5.6、10微米；6.0、9.6微米；6.6、9.0微米；7.1、8.4微米和8.2微米的不同双波长对。(F) 通过调整信号和泵浦脉冲的不同光谱成分之间的时间重叠，当存在一定的残余啁啾和群延迟时，在特定的PM角下，放大的双波长可调谐惰轮脉冲的模拟光谱。获得的双波长惰化器的两个光谱分量之间的振幅比可以任意调谐。资料来源：超快科学（2023）。DOI: 10.34133/ultrafastscience.0022
 

由于在控制强场电离、电子动力学和高阶谐波生成方面的潜在应用，在时间和光谱领域具有灵活可调性的多波长飞秒脉冲已被广泛期待。特别是，由多个光谱带相干合成的超快脉冲被认为是驾驭或增强高次谐波生成（HHG）的一个巧妙工具。

对于上述强场物理学的应用，中红外（MIR）激光器吸引了大量的研究工作，因为思考力与驱动波长成四次方比例。因此，中红外多波长形脉冲的需求量很大。然而，现有的产生多波长脉冲的方法在光谱调谐方面缺乏自由度，并且需要复杂的仪器来进行复杂的相位和噪声控制。

最近，四川大学电子与信息工程学院的梁厚坤研究员和他的团队提出了一种相对简单和紧凑的方法，通过组合马丁内斯压缩机和基于LGS晶体的光参量放大器，产生具有双波长光谱整形的MIR脉冲，并在发光波长和相对光谱振幅方面具有特殊的可调性。他们的论文发表在《超快科学》杂志上。

输出的MIR光谱表现出两种可调谐方式：

当色散被完全补偿时，在5.6、10微米；6.0、9.6微米；6.6、9.0微米；7.1、8.4微米和8.2微米的不同双波长对，通过调整相位匹配角，在重复率为50kHz时，最大平均功率可达280毫瓦，功率效率为2.8%；
当色散得到部分补偿时，通过控制泵浦延迟，可以任意改变特定双波长对的相对光谱振幅。
为了测试所展示的具有双波长光谱整形功能的高功率近红外光源的实用性，HHG由3毫米厚的多晶ZnSe板中的近红外双波长可调谐脉冲驱动。由于双波长的可调谐性，获得的HHG光谱在光谱位置和相对强度上都具有HHG多组谐波的光谱塑造特征。

MIR超短脉冲在多波长光谱塑造方面具有突出的自由度，可以引发更多的高级应用，如HHG的增强、THz波的产生、可调谐的脉冲内差频产生、阿秒计量学以及控制分子解离中的电子定位。此外，所展示的HHG引导方法可以为探索飞秒控制电子动力学和复合分子系统中的光-物质相互作用提供新的可能性。

参考资料：Linzhen He et al, Dual-Wavelength Spectrum-Shaped Mid-Infrared Pulses and Steering High-Harmonic Generation in Solids, Ultrafast Science (2023). DOI: 10.34133/ultrafastscience.0022