上海光机所在宽带激光脉冲时域表征方面取得新突破

图1：SCTT方法测量原理图

近日，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室研究团队在宽带激光脉冲时域表征方面取得新突破，提出了基于光谱修正与迹线裁剪(SCTT)的全新带宽拓展方法，从算法层面突破了宽带超短脉冲测量中，测量带宽与灵敏度难以兼顾的长期困境。相关研究成果以“Spectral Correction and Trace Truncation for broadband-pulse characterization”为题，发表于Optics and Lasers in Engineering。

宽带超短激光脉冲是光学相干层析成像、强场物理、阿秒科学等前沿领域的核心工具，其时域波形的精准完整表征是其应用的关键前提。传统基于二次谐波产生的测量技术中，非线性晶体存在固有技术矛盾：厚晶体可提升测量灵敏度，却会大幅压缩相位匹配带宽;数微米厚的超薄晶体虽能满足宽带测量需求，却又显著牺牲信号转换效率、测量灵敏度与信噪比。

针对上述关键难题，此次提出的SCTT方法，结合光谱滤波函数对测量迹线的校正效果，与多网格并行叠层成像算法对不完整迹线的脉冲重建能力，通过对迹线“光谱校正-裁剪重建”两步操作，实现了对超宽带脉冲的精准反演。团队采用100 μm厚BBO非线性晶体——远超传统宽带测量所用的几个微米尺度，成功表征800 nm波段宽带脉冲。结果显示，该方法重建的脉冲波形，与5 μm超薄BBO晶体获取的标准测量结果高度一致，同时测量灵敏度提升约18倍，最低可测单脉冲能量降至10 pJ以下。

图2：SCTT方法测量实验案例

SCTT方法无需复杂的硬件改造，适配性强，不仅可拓展至各类基于二次谐波产生的脉冲测量技术，还能有效缓解倍频光与基频光的光谱重叠问题，大幅降低对晶体加工与光路校准的要求，为超宽带激光脉冲的精准表征提供了全新路径。

相关工作得到了中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金、上海市高水平机构建设运行计划等项目的支持。

审核编辑 黄宇