突破！上海光機所實現飛秒光絲單次曝光三維成像

近日，中科院上海光機所強場激光物理國家重點實驗室研究團隊基於(yu) 法布裏-珀羅（F-P）腔原理，實現了單次曝光條件下飛秒激光空氣傳(chuan) 輸成絲(si) 的三維成像，為(wei) 超短脈衝(chong) 結構光場非線性傳(chuan) 輸及光絲(si) 誘導伴生輻射等時空演化過程分析提供了新方案。

飛秒激光成絲(si) 作為(wei) 超短脈衝(chong) 強激光在透明介質中傳(chuan) 輸時所特有的非線性光學現象，在超短脈衝(chong) 壓縮、紫外到太赫茲(zi) 頻段相幹輻射源產(chan) 生、微納加工、遙感探測、影響天氣等領域具有重要應用。單個(ge) 激光脈衝(chong) 強度的徑向分布及其沿光絲(si) 縱向的時空演化作為(wei) 光絲(si) 的重要參數，直接影響光絲(si) 相關(guan) 應用。但是，光絲(si) 內(nei) 部高光強易損傷(shang) 常規探測材料和器件，難以實現直接測量。光學成像法可以避免材料器件損傷(shang) ，傳(chuan) 統麵到麵成像可獲得光絲(si) 截麵強度分布。現有方法均無法實現單脈衝(chong) 非線性傳(chuan) 輸成絲(si) 過程的時空演化測量。

研究人員利用光束在F-P腔中多次反射和折射的特性，通過CCD相機在單次曝光模式下成功記錄了飛秒激光空氣中非線性傳(chuan) 輸成絲(si) 的多個(ge) 橫截麵強度空間分布圖像，演示了F-P腔輔助激光單脈衝(chong) 非線性傳(chuan) 輸成絲(si) 的三維成像過程。通過調整F-P腔的間距和入射角可以調整三維圖像沿光絲(si) 縱向的分辨率。基於(yu) F-P腔成像法測得的光強沿光絲(si) 縱向演化規律與(yu) 傳(chuan) 統光絲(si) 側(ce) 向熒光光強演化一致，驗證了方法的可靠性。應用F-P腔輔助三維成像方法，成功觀察到了激光傳(chuan) 輸由線性到非線性的轉變過程。該方法原則上適用於(yu) 記錄其他波長激光特別是結構光場非線性傳(chuan) 輸及其伴生輻射的單脈衝(chong) 三維時空演化過程，有助於(yu) 深入理解飛秒激光非線性傳(chuan) 輸成絲(si) ，推動相關(guan) 應用的發展。

(a)為(wei) F-P腔間距為(wei) 1mm，入射角為(wei) 15°的CCD記錄單脈衝(chong) 激光空氣成絲(si) 的原始圖像；(b)-(f)為(wei) 光絲(si) 不同位置處的截麵強度分布；(g)-(k)為(wei) 相應的三維強度分布圖；(l)為(wei) 光絲(si) 非線性傳(chuan) 輸過程的三維重建。

該項研究得到國家自然科學基金、中科院國際合作重點項目、上海市科學技術項目等的支持。

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