精密測(cè)量院原子分子超快動(dòng)力學(xué)研究團(tuán)隊(duì)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(jìn)展。基于前期自主建設(shè)的VUV/XUV光梳平臺(tái)，團(tuán)隊(duì)成員創(chuàng)新設(shè)計(jì)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(guò)在VUV/XUV光梳產(chǎn)生過(guò)程中引入光場(chǎng)渦旋特性，實(shí)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(tái)面型相干光源，VUV/XUV光梳在精密測(cè)量物理領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值，備受科研工作者關(guān)注。在VUV波段對(duì)少電子原子體系開(kāi)展精密光譜測(cè)量，可以探究量子電動(dòng)力學(xué)（QED）理論的適用邊界、精確測(cè)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(cè)量，將極大推動(dòng)新型光鐘—核光鐘的建立。精密測(cè)量院原子分子超快動(dòng)力學(xué)團(tuán)隊(duì)于2016年開(kāi)始VUV/XUV光梳的自主研發(fā)，2020年率先研制成功國(guó)內(nèi)首套、性能參數(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的VUV/XUV光梳系統(tǒng)（Chin. Phys. Lett.,2020），2024年成功實(shí)現(xiàn)了基于VUV光梳的原子分子精密譜測(cè)量（Opt. Lett.,2024）。

為進(jìn)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(wèn)題，近期團(tuán)隊(duì)成員創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種新型微納光柵。該光柵在驅(qū)動(dòng)光工作波長(zhǎng)（~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(shí)現(xiàn)XUV光的高效耦合輸出。團(tuán)隊(duì)成員通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(tuán)隊(duì)成員與同濟(jì)大學(xué)激光薄膜與應(yīng)用團(tuán)隊(duì)合作，成功制備該特定參數(shù)微納光柵。利用實(shí)驗(yàn)室XUV光源，團(tuán)隊(duì)成員成功實(shí)現(xiàn)耦合輸出效率（40-60 nm）的2倍提升，驗(yàn)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(tuán)隊(duì)成員創(chuàng)新性地在光梳系統(tǒng)中引入渦旋特性，將驅(qū)動(dòng)光源調(diào)制為拉蓋爾-高斯渦旋光；利用飛秒共振腔增強(qiáng)技術(shù)，首次將拉蓋爾-高斯光場(chǎng)放大至千瓦量級(jí)；進(jìn)一步結(jié)合腔內(nèi)諧波產(chǎn)生過(guò)程，成功實(shí)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(jiān)實(shí)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(bào)》(Optics Letters)上發(fā)表。精密測(cè)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(qiáng)和研究員柳曉軍為共同通訊作者。

該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院等部門(mén)長(zhǎng)期以來(lái)的大力支持。

文章鏈接：

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

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