新方法｜激光助力产生可见光

可见光在自然界中的重要性毋庸置疑。在人眼看来，它是太阳发出的到达地球表面的最强烈的光，是生命基础生物过程的基本元素。然而，很难产生像激光那样短时间内强度达到飞秒量级(十亿分之一秒)的相干可见光。

魁北克大学国立科学研究院

由魁北克大学国立科学研究院（Institut national de la recherche scientifique,INRS）的 Luca Razzari教授领导的一个研究小组，在不使用复杂系统的情况下成功地实现了这一目标。他们的研究结果最近发表在著名的《Nature Photonics》杂志上。

LUCA RAZZARI，来源：CHRISTIAN FLEURY

实验原理

为了产生这种时间尺度的可见光，研究小组使用了可用于大多数实验室的工业级激光系统。他们发现，通过在充满氩气的空心纤维中传播红外激光脉冲，非线性效应产生了高强度的短可见光脉冲。拉扎里教授解释说：“我们观察到不同‘模式’的混合，即光束在光纤中传播时的空间形状，从而产生这种效果。这种现象只有在强光下才会发生。”他与Roberto Morandotti教授和Franois Légaréat教授合作进行实验，并与来自法国国家科学研究中心（CNRS）、路易斯安那州立大学和Heriot Watt大学的国际研究人员团队合作，对观察到的现象提供理论建模。

（a)氩填充的氢氟碳化合物中的可见脉冲产生机制。插图中显示了模式EH1，n (n = 1，2，3，4)的空间强度分布。（b)通过光纤的总功率传输输入与脉冲能量和气体压力的函数关系。（c)800纳米以上红外区(左轴)和800纳米以下可见光区(右轴)的透射能量。（d)（e)：2.9巴分贝标度下的实验输出光谱，输入脉冲能量从0.19 mJ(蓝色)到0.94 mJ(红色)以大约50 J的步长变化。e中的水平虚线表示可见光开始产生。

这是一种创新的方法，第一次不依赖复杂和昂贵的光学结构，产生了超短的可见光脉冲。因此，它可以被广泛用于探索物理学、化学和生物学中的各种现象，如光合作用甚至人类视觉。“通过我们的脉冲，我们可以研究这种过程的动力学，以及它们是如何在极短的时间内进化的。”论文第一作者、博士后研究员Riccardo Piccoli说。

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

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