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

【手機軟件：博科園】超快矢量光束在光化學、生物學和物理學中有著廣泛的應用，可用于泵浦探測實驗、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現(xiàn)，因為傳統(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困難和復雜的。因此，如何利用緊湊、經(jīng)濟的非線性過程，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，中國科學院上海光學精細機械研究所(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)。

并同時實現(xiàn)了激光束的空間模式、偏振、波長和脈沖寬度的調制，其研究成果發(fā)表在《光學快報》上。在實驗中，采用兩束由兩個渦旋半波片調制的徑向偏振泵浦光束對玻璃板進行泵浦。當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、寬光譜范圍內的多色邊帶和飛秒脈沖寬度，觀察到高達10個徑向偏振頻率上轉換的寬帶同心環(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一步產(chǎn)生和應用。而且這項工作得到了國家自然科學基金、儀器研制項目和中科院戰(zhàn)略重點研究計劃的資助。研究首次利用級聯(lián)四波混頻(CFWM)在兩個強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)。原理驗證實驗表明，基于級聯(lián)四波混頻工藝同時獲得：

多達10個頻率上轉換同心環(huán)形徑向偏振邊帶其中前7階邊帶的光譜范圍從545 nm擴展到725 nm。結果證明，即使在三階光學參量過程，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-探測實驗等領域得到廣泛應用。

博科園｜研究/來自：中國科學院

研究發(fā)表期刊《光學快報》

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