分脈沖（divided pulse）與光學(xué)放大相結(jié)合產(chǎn)生了分脈沖放大（Divided pulse amplification， DPA）技術(shù)。近年來(lái)，很多課題組又將分脈沖應(yīng)用于各種非線性脈沖壓縮方案，發(fā)展了分脈沖非線性壓縮技術(shù)，用來(lái)提升脈沖能量。

本期介紹的第一個(gè)工作首次將分脈沖與多通腔壓縮相結(jié)合。多通腔壓縮具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如較高的透過(guò)率以及可以對(duì)千瓦、毫焦脈沖進(jìn)行安全可靠的非線性壓縮等，然而它也受到腔鏡光學(xué)損傷閾值和氣體電離的限制。為了克服這些限制，德國(guó)耶拿Limpert課題組將分脈沖技術(shù)用于多通腔壓縮實(shí)驗(yàn)中［1］。實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，前端是16路基于啁啾脈沖放大技術(shù)（CPA）的光纖激光器，合成后光束直徑是8mm，并通過(guò)兩級(jí)CPA壓縮，可以輸出平均功率200W、脈沖能量4mJ、脈沖寬度175fs的激光。輸出激光經(jīng)過(guò)兩塊BBO晶體分成四個(gè)脈沖后進(jìn)入多通腔中展寬光譜，之后經(jīng)過(guò)BBO晶體實(shí)現(xiàn)脈沖合成，最后使用多片啁啾鏡壓縮合成后的脈沖。

圖1：分脈沖多通腔非線性壓縮實(shí)驗(yàn)裝置圖［1］

多通腔內(nèi)部充350mbar氬氣，光束通過(guò)26次，整個(gè)系統(tǒng)緊湊且完全被動(dòng)穩(wěn)定，整體輸出效率84％，最終輸出功率為169 W。壓縮前后光譜如圖2左圖所示，壓縮后光譜的20dB 帶寬時(shí)約120nm。由于時(shí)域脈沖合成時(shí)存在寄生脈沖或者不完美合成導(dǎo)致光譜存在調(diào)制。圖2右圖中的脈沖接近脈沖變換極限寬度32fs，在800 fs處可以看到可以忽略不計(jì)的小脈沖，而在1600 fs處根本看不到任何小脈沖，表明具有很好的脈沖時(shí)域?qū)Ρ榷扰c合成效果。

圖2：壓縮前后光譜（左圖）與自相關(guān)曲線（右圖）［1］

本期介紹的第二個(gè)工作則是將分脈沖與空芯光纖壓縮相結(jié)合，壓縮高能量脈沖。利用充有惰性氣體的空芯光纖壓縮脈沖，要避免自聚焦效應(yīng)以及氣體電離，可采用的方案包括改變脈沖偏振態(tài)為圓偏振、引入氣壓梯度、利用空芯光纖的高階模式等，但這些方法依然不能將可壓縮的脈沖能量提升到氣體電離閾值之上。G． W． Jenkins等人利用分脈沖提升可壓縮的脈沖能量，實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示，他們利用方解石、半波片和偏振器對(duì)脈沖進(jìn)行分脈沖與合成，利用充有Xe氣的空芯光纖作為光譜展寬介質(zhì)，再利用啁啾鏡壓縮合成后的單脈沖。

圖3：空芯光纖分脈沖壓縮裝置圖［2］

圖4為實(shí)驗(yàn)中展寬后的光譜，具有由自相位調(diào)制效應(yīng)展寬的典型旁瓣結(jié)構(gòu)，其中調(diào)制條紋間距為 0．5 nm，與方解石引入的 7．2 ps 延遲相匹配。最后使用啁啾鏡引入–18000fs2的色散，將脈沖壓縮為 89 fs，峰值功率為變換極限脈沖峰值功率的91％，該脈沖具有5．0mJ的能量。

圖4：壓縮后光譜與脈沖曲線［2］

總之，德國(guó)耶拿課題組首次成功地將分脈沖應(yīng)用到多通腔非線性脈沖壓縮方案中，使用四個(gè)脈沖進(jìn)行光譜展寬，將現(xiàn)有多通腔壓縮的總輸出脈沖能量提升至 3．4 mJ，平均功率為 169 W。G． W． Jenkins等人使用分脈沖來(lái)克服空芯光纖壓縮中的電離限制，對(duì)于單個(gè)脈沖，電離將輸出脈沖能量限制為2．7 mJ。通過(guò)將脈沖分成四個(gè)低能量脈沖，該課題組獲得了5．0 mJ的壓縮脈沖。

參考文獻(xiàn)：

［1］ Stark， Henning， et al． ＂Divided－pulse nonlinear compression in a multipass cell．＂ Journal of Physics： Photonics 4．3 （2022）： 035001．

［2］ Jenkins， G． W．， Chengyong Feng， and Jake Bromage． ＂Energy scaling beyond the gas ionization threshold with divided－pulse nonlinear compression．＂ Optics Letters 47．6 （2022）： 1450－1453．