中科院：基于級聯(lián)四波混頻，實(shí)現(xiàn)新型多色同心環(huán)形超快矢量光束！

超快矢量光束在光化學(xué)、生物學(xué)和物理學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用，可用于泵浦探測實(shí)驗(yàn)、高分辨率成像、操縱微粒、經(jīng)典光通信和量子光通信。盡管產(chǎn)生矢量光束的方法很多，但傳統(tǒng)的三波混頻或二階非線性過程通常不容易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的三波混頻或二階非線性過程使用的是各向異性的非線性材料，而且這一過程受到相位匹配條件的嚴(yán)格限制，而相位匹配條件對光的偏振非常敏感。

此外，用一個非線性晶體在每個偏振中產(chǎn)生寬帶非均勻分布也是相當(dāng)困難和復(fù)雜的。因此，如何利用緊湊、經(jīng)濟(jì)的非線性過程，特別是三階非線性過程，在較寬的光譜范圍內(nèi)產(chǎn)生多個中心波長不同矢量光束，仍然是一個有待探索的問題?，F(xiàn)在，中國科學(xué)院上海光學(xué)精細(xì)機(jī)械研究所(SOM)的研究人員，簡單地在玻璃板中基于級聯(lián)四波混頻(CFWM)過程產(chǎn)生了新穎的多色同心環(huán)形超快矢量光束(MUCAU-VB)。

并同時實(shí)現(xiàn)了激光束的空間模式、偏振、波長和脈沖寬度的調(diào)制，其研究成果發(fā)表在《光學(xué)快報(bào)》上。在實(shí)驗(yàn)中，采用兩束由兩個渦旋半波片調(diào)制的徑向偏振泵浦光束對玻璃板進(jìn)行泵浦。當(dāng)兩束光束在空間域和時間域重疊時，顯示出具有徑向偏振的同心環(huán)形光束、寬光譜范圍內(nèi)的多色邊帶和飛秒脈沖寬度，觀察到高達(dá)10個徑向偏振頻率上轉(zhuǎn)換的寬帶同心環(huán)狀邊帶。研究發(fā)現(xiàn)，前7階的光譜范圍可以從545 nm延伸到725 nm，一階邊帶的脈沖寬度測得為74fs。

該方法也可用于產(chǎn)生其他偏振態(tài)和其他光譜范圍的矢量光束，這將有利于多色超快矢量光束的進(jìn)一步產(chǎn)生和應(yīng)用。而且這項(xiàng)工作得到了國家自然科學(xué)基金、儀器研制項(xiàng)目和中科院戰(zhàn)略重點(diǎn)研究計(jì)劃的資助。研究首次利用級聯(lián)四波混頻(CFWM)在兩個強(qiáng)矢量飛秒脈沖泵浦的玻璃板中，簡單地產(chǎn)生了新穎的多色同心環(huán)形超快矢量光束(MUCAU-VB)。原理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)表明，基于級聯(lián)四波混頻工藝同時獲得：

多達(dá)10個頻率上轉(zhuǎn)換同心環(huán)形徑向偏振邊帶其中前7階邊帶的光譜范圍從545 nm擴(kuò)展到725 nm。結(jié)果證明，即使在三階光學(xué)參量過程，級聯(lián)四波混頻中，也存在從泵浦光束到信號光束的偏振傳輸特性。測得一階邊帶的脈沖寬度為74fs，與兩個輸入光束的脈沖寬度一致。這些新穎的多色同心環(huán)形超快矢量光束同時在時間、光譜、空間域和偏振態(tài)操作，有望在操縱粒子和多色泵浦-探測實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

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博科園｜研究/來自：中國科學(xué)院

研究發(fā)表期刊《光學(xué)快報(bào)》

DOI: 10.1364/OE.387821

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