精密測量院原子分子超快動力學(xué)研究團隊近期在真空紫外/極紫外光學(xué)頻率梳（VUV/XUV光梳）技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域取得重要進展。基于前期自主建設(shè)的VUV/XUV光梳平臺，團隊成員創(chuàng)新設(shè)計新型耦合輸出器，成功將XUV光梳耦合輸出效率提升2倍；通過在VUV/XUV光梳產(chǎn)生過程中引入光場渦旋特性，實現(xiàn)了具備拉蓋爾-高斯橫模的紫外光梳輸出。

作為一種新型窄線寬、臺面型相干光源，VUV/XUV光梳在精密測量物理領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值，備受科研工作者關(guān)注。在VUV波段對少電子原子體系開展精密光譜測量，可以探究量子電動力學(xué)（QED）理論的適用邊界、精確測定基本物理常數(shù)等；應(yīng)用VUV光梳技術(shù)于釷-229核躍遷光譜精密測量，將極大推動新型光鐘—核光鐘的建立。精密測量院原子分子超快動力學(xué)團隊于2016年開始VUV/XUV光梳的自主研發(fā)，2020年率先研制成功國內(nèi)首套、性能參數(shù)達到國際先進水平的VUV/XUV光梳系統(tǒng)（Chin. Phys. Lett.,2020），2024年成功實現(xiàn)了基于VUV光梳的原子分子精密譜測量（Opt. Lett.,2024）。

為進一步優(yōu)化現(xiàn)有VUV/XUV光梳系統(tǒng)存在的耦合輸出效率低問題，近期團隊成員創(chuàng)新設(shè)計了一種新型微納光柵。該光柵在驅(qū)動光工作波長（~1040nm）處表現(xiàn)出高反鏡特性，在XUV波段則表現(xiàn)出光柵特性，從而可以利用其衍射效應(yīng)實現(xiàn)XUV光的高效耦合輸出。團隊成員通過優(yōu)化設(shè)計光柵結(jié)構(gòu)參數(shù)（光柵周期、刻槽深度、占空比等），使得光柵在XUV波段（~50 nm）展現(xiàn)出較高的耦合輸出效率。團隊成員與同濟大學(xué)激光薄膜與應(yīng)用團隊合作，成功制備該特定參數(shù)微納光柵。利用實驗室XUV光源，團隊成員成功實現(xiàn)耦合輸出效率（40-60 nm）的2倍提升，驗證了該光柵在XUV光耦合輸出性能方面的優(yōu)越性。

為了改善現(xiàn)有VUV/XUV光梳輸出偏振模式單一、空間相位難以操控等不足，團隊成員創(chuàng)新性地在光梳系統(tǒng)中引入渦旋特性，將驅(qū)動光源調(diào)制為拉蓋爾-高斯渦旋光；利用飛秒共振腔增強技術(shù)，首次將拉蓋爾-高斯光場放大至千瓦量級；進一步結(jié)合腔內(nèi)諧波產(chǎn)生過程，成功實現(xiàn)了拉蓋爾-高斯模式的新型紫外光梳，為下一步VUV光梳偏振和空間相位的全方位調(diào)控奠定了堅實基礎(chǔ)。

新型UV/VUV光梳工作方案示意圖

相關(guān)研究成果近日分別以“Out-coupling grating for XUV frequency combs in the short wavelength region”為題在《光學(xué)快訊》（Optics Express）上發(fā)表，和以“Cavity-enhanced harmonic generation of an optical frequency comb with Laguerre–Gaussian mode”為題在《光學(xué)快報》(Optics Letters)上發(fā)表。精密測量院博士生肖崢嶸為上述成果的第一作者，副研究員華林強和研究員柳曉軍為共同通訊作者。

該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院等部門長期以來的大力支持。

文章鏈接：

https://doi.org/10.1364/OE.559622

https://doi.org/10.1364/OL.569141