近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室在大能量中紅外飛秒渦旋激光方面取得新進展。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)生超強超短渦旋激光的方法，并國際首次實現(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)用價值，尤其是中紅外高峰值功率的渦旋激光在驅(qū)動高次諧波產(chǎn)生具有軌道角動量的相干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10 mJ、脈沖寬度為百飛秒量級的中紅外渦旋激光。并進一步驗證了輸出激光的拓撲荷數(shù)，證實了該方法對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場物理領(lǐng)域提供了一種新工具，并有望進一步擴展到其他波長或者更高峰值功率的渦旋光激光系統(tǒng)，實現(xiàn)相對論強度的渦旋激光，并將極大地推動相關(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。