空芯光纖具有高損傷閾值、寬帶傳輸窗口、色散和非線性可調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)，為超快激光與氣體介質(zhì)的非線性相互作用研究提供了理想平臺(tái)?；谶@一平臺(tái)的少周期脈沖壓縮、孤子-等離子體相互作用、超連續(xù)譜產(chǎn)生及紫外飛秒激光產(chǎn)生技術(shù)，在超快電子產(chǎn)生與調(diào)控、超快光譜學(xué)研究、燃燒診斷動(dòng)力學(xué)探測(cè)等方面具有應(yīng)用潛力。近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所科研團(tuán)隊(duì)在基于空芯光纖的氣體非線性光學(xué)研究中取得進(jìn)展。

研究團(tuán)隊(duì)揭示了空芯毛細(xì)管光纖中一種新穎的孤子動(dòng)力學(xué)機(jī)制，即高階孤子分裂引起的高強(qiáng)度次級(jí)脈沖調(diào)制效應(yīng)。該研究利用這一效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了微焦量級(jí)、高相干度、紫外寬光譜脈沖的產(chǎn)生，且所產(chǎn)生的紫外光譜覆蓋一個(gè)倍頻程。在時(shí)域上，該技術(shù)支持傅里葉變換極限脈寬約1 fs的近單周期紫外脈沖，且所產(chǎn)生紫外脈沖的中心波長(zhǎng)可通過(guò)控制入射脈沖能量和空芯波導(dǎo)中的氣壓進(jìn)行寬譜調(diào)諧。相關(guān)成果以Octave-wide broadening of ultraviolet dispersive wave driven by soliton splitting dynamics為題，發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。

進(jìn)一步，該團(tuán)隊(duì)開展了空芯反諧振光纖中多峰結(jié)構(gòu)諧振色散波的輻射機(jī)理研究。結(jié)果表明，諧振色散波的多峰結(jié)構(gòu)是孤子自壓縮、孤子-等離子體相互作用以及相位匹配色散波輻射三種效應(yīng)之間的精妙耦合所致。泵浦脈沖在充氣空芯波導(dǎo)中經(jīng)歷孤子自壓縮，實(shí)現(xiàn)第一次色散波輻射。同時(shí)，氣體電離導(dǎo)致藍(lán)移孤子產(chǎn)生，而藍(lán)移孤子逐漸靠近空芯反諧振光纖的諧振帶時(shí)，再次經(jīng)歷孤子自壓縮，從而觸發(fā)第二次色散波輻射。由于兩次色散波輻射的相位匹配條件不同，導(dǎo)致諧振色散波光譜上呈現(xiàn)多峰結(jié)構(gòu)，而時(shí)域上出現(xiàn)多個(gè)波包。該多峰諧振色散波通過(guò)相位補(bǔ)償后被壓縮成超短激光脈沖。相關(guān)成果以Broadband Dispersive-wave Emission Coupled with Two-stage Soliton Self-compression in Gas-filled Anti-resonant Hollow-core Fibers為題，發(fā)表在《激光與光子學(xué)評(píng)論》（Laser & Photonics Reviews）上。