上海光机所在时空波包光参量放大方面取得进展

上海光机所在时空波包光参量放大方面取得进展

引用

中国科学院

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https://siom.cas.cn/xwzx/kydt/202503/t20250307_7550149.html

超强激光科学卓越创新简报
(第六百零七期)
2025年3月7日

上海光机所在时空波包光参量放大方面取得进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所超强激光科学与技术重点实验室与张江实验室合作，在超光速时空波包放大方面取得重要进展。相关研究成果以“Behavior of optical parametric amplification of space-time wave packets”为题发表于《Optics Express》期刊。

时空波包是由Abouraddy等人提出的特殊光束形态【Nature Photonics 11,733(2017)】，其特点是在传播过程中不会发生衍射，并且群速度可以在亚光速与超光速之间进行调控。这种光束还具有反常折射、反常时空色散、自由空间色散、时间衍射等独特性质。

上海光机所研究团队的前期研究表明，在窄带近似条件下，时空波包和光参量放大在动量空间（或傅里叶空间）中遵循相同的分布规律，从数学角度而言是等价的。这意味着可以通过光参量放大的方式来增强时空波包的能量，同时保持其原有的时空特性不变【Communications Physics 5, 295 (2022)】。

在本次研究中，研究团队通过数值模拟方法，深入探讨了经光参量放大后的时空波包的时空特性，重点关注了传播距离与脉冲宽度等关键参数的变化。研究发现，在宽带条件下，时空波包经光参量放大后，其传播距离与放大前基本保持一致，但脉冲宽度会因窄带近似条件的失效而有所增加。

为了解决这一问题，研究团队提出了两种方法来提高非窄带近似条件下时空波包和光参量放大在动量空间中的匹配度，从而保持短脉冲特性不变。具体方法如图1所示。

此外，研究团队还对偏离匹配曲线以及更高超光速时空波包的光参量放大进行了研究，如图2所示，并提出了相应的匹配度提升方案。

这项研究为未来在实验上产生高能量超光速时空波包提供了重要的理论参考。

图1：泵浦光传播角与对应的时空波包放大结果

图2：时空波包顶点波长和群速度与泵浦光方向角的对应关系