圖1：SCTT方法測量原理圖

近日，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率激光物理聯(lián)合實驗室研究團隊在寬帶激光脈沖時域表征方面取得新突破，提出了基于光譜修正與跡線裁剪(SCTT)的全新帶寬拓展方法，從算法層面突破了寬帶超短脈沖測量中，測量帶寬與靈敏度難以兼顧的長期困境。相關(guān)研究成果以“Spectral Correction and Trace Truncation for broadband-pulse characterization”為題，發(fā)表于Optics and Lasers in Engineering。

寬帶超短激光脈沖是光學相干層析成像、強場物理、阿秒科學等前沿領(lǐng)域的核心工具，其時域波形的精準完整表征是其應(yīng)用的關(guān)鍵前提。傳統(tǒng)基于二次諧波產(chǎn)生的測量技術(shù)中，非線性晶體存在固有技術(shù)矛盾：厚晶體可提升測量靈敏度，卻會大幅壓縮相位匹配帶寬;數(shù)微米厚的超薄晶體雖能滿足寬帶測量需求，卻又顯著犧牲信號轉(zhuǎn)換效率、測量靈敏度與信噪比。

針對上述關(guān)鍵難題，此次提出的SCTT方法，結(jié)合光譜濾波函數(shù)對測量跡線的校正效果，與多網(wǎng)格并行疊層成像算法對不完整跡線的脈沖重建能力，通過對跡線“光譜校正-裁剪重建”兩步操作，實現(xiàn)了對超寬帶脈沖的精準反演。團隊采用100 μm厚BBO非線性晶體——遠超傳統(tǒng)寬帶測量所用的幾個微米尺度，成功表征800 nm波段寬帶脈沖。結(jié)果顯示，該方法重建的脈沖波形，與5 μm超薄BBO晶體獲取的標準測量結(jié)果高度一致，同時測量靈敏度提升約18倍，最低可測單脈沖能量降至10 pJ以下。

圖2：SCTT方法測量實驗案例

SCTT方法無需復雜的硬件改造，適配性強，不僅可拓展至各類基于二次諧波產(chǎn)生的脈沖測量技術(shù)，還能有效緩解倍頻光與基頻光的光譜重疊問題，大幅降低對晶體加工與光路校準的要求，為超寬帶激光脈沖的精準表征提供了全新路徑。

相關(guān)工作得到了中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項、國家自然科學基金、上海市高水平機構(gòu)建設(shè)運行計劃等項目的支持。

審核編輯 黃宇