新方法｜激光助力產生可見光

可見光在自然界中的重要性毋庸置疑。在人眼看來，它是太陽發出的到達地球表麵的最強烈的光，是生命基礎生物過程的基本元素。然而，很難產生像激光那樣短時間內強度達到飛秒量級(十億分之一秒)的相幹可見光。

魁北克大學國立科學研究院

由魁北克大學國立科學研究院（Institut national de la recherche scientifique,INRS）的 Luca Razzari教授領導的一個研究小組，在不使用複雜係統的情況下成功地實現了這一目標。他們的研究結果最近發表在著名的《Nature Photonics》雜誌上。

LUCA RAZZARI，來源：CHRISTIAN FLEURY

實驗原理

為了產生這種時間尺度的可見光，研究小組使用了可用於大多數實驗室的工業級激光係統。他們發現，通過在充滿氬氣的空心纖維中傳播紅外激光脈衝，非線性效應產生了高強度的短可見光脈衝。拉紮裏教授解釋說：“我們觀察到不同‘模式’的混合，即光束在光纖中傳播時的空間形狀，從而產生這種效果。這種現象隻有在強光下才會發生。”他與Roberto Morandotti教授和Franois Légaréat教授合作進行實驗，並與來自法國國家科學研究中心（CNRS）、路易斯安那州立大學和Heriot Watt大學的國際研究人員團隊合作，對觀察到的現象提供理論建模。

（a)氬填充的氫氟碳化合物中的可見脈衝產生機製。插圖中顯示了模式EH1，n (n = 1，2，3，4)的空間強度分布。（b)通過光纖的總功率傳輸輸入與脈衝能量和氣體壓力的函數關係。（c)800納米以上紅外區(左軸)和800納米以下可見光區(右軸)的透射能量。（d)（e)：2.9巴分貝標度下的實驗輸出光譜，輸入脈衝能量從0.19 mJ(藍色)到0.94 mJ(紅色)以大約50 J的步長變化。e中的水平虛線表示可見光開始產生。

這是一種創新的方法，第一次不依賴複雜和昂貴的光學結構，產生了超短的可見光脈衝。因此，它可以被廣泛用於探索物理學、化學和生物學中的各種現象，如光合作用甚至人類視覺。“通過我們的脈衝，我們可以研究這種過程的動力學，以及它們是如何在極短的時間內進化的。”論文第一作者、博士後研究員Riccardo Piccoli說。

來源: Intense few-cycle visible pulses directly generated via nonlinear fibre mode mixing,Nature Photonics,10.1038/s41566-021-00888-7

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