上海光机所在多色共心超快涡旋光束研究方面取得新进展

       近期，中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室研究团队基于级联四波混频获得了新颖多色共心超快涡旋光束。相关成果以“Multicolor concentric ultrafast vortex beams with controllable orbital angular momentum”为题发表在Applied Physics Letters上。

　　超快涡旋光束在超快光镊、微粒子操控、超分辨显微、新型超快光谱学、手性检测和光通信等领域有重要应用。此外，涡旋光束的调控及其自由度的增加，比如涡旋光束波长的拓展，空间时间结构的调控等将进一步拓展其应用。

　　研究人员提出了一种新方法，利用一块YAG作为非线性材料，基于级联四波混频，采用伪共线的光路结构，获得了九环多色共心涡旋光束，且其拓扑荷值可通过控制泵浦光束的拓扑荷值加以调控。其前六级信号光的光谱覆盖范围从 550 到 750 nm，光谱宽度约 200 nm。通过改变入射泵浦光的拓扑荷值可以方便地控制产生的多色涡旋光的拓扑荷值。此外，该多色超快涡旋光束可以同时准直和聚焦，形成多焦点结构，焦点可以排列在光束传播方向上。该研究实现了对多色信号光时间、空间、光谱、轨道角动量（OAM）等的同时调控，也进一步拓展了涡旋光的自由度。

　　此前，该研究团队基于级联四波混频获得了多色共心环状超快径向偏振光束（相关成果发表在Optics Express, 28（7）, 9435 (2020)）。该多色共心超快涡旋光束的产生，进一步完善了多色共心超快奇点光束，为人们提供了一种全新的多色超快涡旋光源及产生方法。产生装置结构简单紧凑。该方法也可以方便的拓展到其他波段多色共心超快涡旋光束的产生，如深紫外、紫外、中红外、远红外甚至太赫兹波段等。

　　相关研究得到国家自然科学基金，中科院先导B，中科院仪器发展项目，上海市科学基金等项目支持。

图1 多色共心超快涡旋光束产生装置示意图

图2 获得的多色共心超快涡旋光束和其光谱图（前6级）