飛秒激光脈沖在透明介質(zhì)中的成絲現(xiàn)象是近年來(lái)強(qiáng)場(chǎng)激光物理領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，在高次諧波、強(qiáng)場(chǎng)電離、太赫茲產(chǎn)生以及遠(yuǎn)程遙感等眾多研究領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。飛秒激光脈沖在介質(zhì)中傳輸時(shí)，能夠引起介質(zhì)的非線性效應(yīng)，從而引發(fā)激光光束在介質(zhì)中的自聚焦效應(yīng);當(dāng)脈沖的峰值強(qiáng)度增大到一定程度時(shí)，能夠引發(fā)介質(zhì)的電離，產(chǎn)生的等離子體通道對(duì)激光光束產(chǎn)生散焦效應(yīng)。這種自聚焦效應(yīng)與散焦效應(yīng)的動(dòng)態(tài)平衡，導(dǎo)致了激光光束在介質(zhì)中保持長(zhǎng)距離的高強(qiáng)度傳輸。為了獲得更長(zhǎng)的激光光絲，不同的手段被用于實(shí)現(xiàn)激光成絲長(zhǎng)度的延長(zhǎng)。通常情況下，光絲的長(zhǎng)度是與輸入脈沖的能量直接相關(guān)的。利用單脈沖能量大于5mJ的激光輸入，光絲已經(jīng)被延長(zhǎng)到了超過(guò)2米的長(zhǎng)度。然而，利用能量有限的飛秒激光脈沖延長(zhǎng)成絲長(zhǎng)度的手段依然十分有限。

　　武漢光電國(guó)家實(shí)驗(yàn)室陸培祥教授領(lǐng)導(dǎo)的超快激光研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)脈沖能量有限情況下的成絲問(wèn)題，提出了一種能夠有效增加光絲長(zhǎng)度的方案。在本方案中，初始的準(zhǔn)直激光光束被輸入到一臺(tái)空間相位調(diào)制器中，通過(guò)對(duì)其空間振幅和相位的調(diào)制，準(zhǔn)直光束被轉(zhuǎn)換成了多焦距光束。利用這種調(diào)制手段，激光光束的傳輸特性受到了嚴(yán)格的控制，在多個(gè)不同的距離上實(shí)現(xiàn)了聚焦。脈沖能量有效地分布在了光絲的不同位置，從而實(shí)現(xiàn)了等離子體通道的延長(zhǎng)。仿真計(jì)算表明，僅僅利用2mJ能量的脈沖，多焦距光束產(chǎn)生的光絲相比起常見(jiàn)的單焦距方案被增長(zhǎng)了一倍，達(dá)到了接近1米的長(zhǎng)度。通過(guò)調(diào)節(jié)空間相位調(diào)制器，可以很簡(jiǎn)便地改變光絲的長(zhǎng)度和距離。與此同時(shí)，增長(zhǎng)的等離子體通道還會(huì)導(dǎo)致自相位調(diào)制效應(yīng)的積累，獲取帶寬更大的超連續(xù)譜輸出。這一研究成果為超快光學(xué)、強(qiáng)場(chǎng)物理的研究提供了有效的工具。

　　2016年2月22日，研究成果“基于多焦距光束延長(zhǎng)飛秒激光成絲長(zhǎng)度的研究”(Extending plasma channel of filamentation with a multi-focal-length beam)發(fā)表在Optics Express24, 4, 4029-4041 (2016)上。

　　該項(xiàng)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金(11574101，11204095，11234004，61275126)的資助。

圖　(a)多焦距光束的峰值強(qiáng)度　(b)等離子體濃度及光通量　(c)在傳輸過(guò)程中的變化情況