來自Institut National de la Recherche Scientifique (INRS)的研究人員引進了一種將激光光譜調(diào)諧到紅外波段的方法。Luca Razzari 領(lǐng)導(dǎo)的團隊與跨國研究團隊合作，他們使用充滿氮氣的空芯光纖，從而產(chǎn)生比輸入激光脈沖更短的光脈沖，并且具有很高的空間品質(zhì)。現(xiàn)有的超快激光技術(shù)不能或者不容易在紅外波段調(diào)諧，需要非線性階段，并且需要其它組件來改變發(fā)射波長。

通常來說，空芯光纖含有單原子氣體比如氬氣，來對稱地拓寬激光光譜，然后被重新壓縮到光脈沖中。研究人員證明了充滿氮氣的毛細(xì)管光纖能夠拓寬激光光譜，光譜可轉(zhuǎn)向能量較低的紅外波長。該反應(yīng)是由氣體分子的旋轉(zhuǎn)引起的非線性反應(yīng)，這意味著科學(xué)家可以輕易地控制光纖中氣體的壓力。

激光脈沖(藍色)從左側(cè)進入充滿氮氣(紅色分子)的空芯光纖，它在傳播時會經(jīng)歷光譜拓寬到更長的波長，其在圖中被描繪成橙色輸出光束(右)。這種非線性現(xiàn)象是由與激光場下氣體分子旋轉(zhuǎn)相關(guān)的拉曼效應(yīng)引起，如底板中的示意圖所示。Riccardo Piccoli (INRS)供圖

光束擴大后(向紅外波段移動)，研究人員過濾輸出光譜以保留所需的波段。在該方案中激光能量轉(zhuǎn)移到近紅外光譜范圍，并且有與脈沖中光學(xué)參數(shù)放大器(OPA)相類似的效率，其脈沖比輸入端短三倍。OPA 是能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)移至紅外波譜的既定工具，OPA 系統(tǒng)還具有廣泛的可調(diào)諧性。新方法既不需要外部設(shè)備，也不需要額外的脈沖后壓縮系統(tǒng)來實現(xiàn)功能。

維也納科學(xué)家Andrius Baltuska和Paolo Carpeggiani領(lǐng)導(dǎo)了類似的研究。他們利用鏡面來壓縮空芯光纖，該工藝有助于調(diào)整展寬脈沖的相位，而不是光譜濾波過程。雖然在系統(tǒng)中紅外光的轉(zhuǎn)移減少了，而且不像加拿大團隊演示的那樣極端，但產(chǎn)生的脈沖要短得多。Carpeggiani說，這種新脈沖的強度使其更適合強場物理研究。

兩租研究團隊在發(fā)現(xiàn)他們的實驗相似性后，結(jié)合了各自專長一同研究。由莫斯科Aleksei Zheltikov指導(dǎo)團隊后又開發(fā)了理論模型來解釋實驗結(jié)果。三方團隊認(rèn)為這種新方法有助于滿足激光應(yīng)用和強場應(yīng)用中長波長且超短脈沖源的需求。強場物理的應(yīng)用也包括那些基于激光的應(yīng)用，比如高階諧波生成、光電光譜、等離子體物理和微機械加工。該團隊將基于鐿激光技術(shù)的工業(yè)級可調(diào)諧系統(tǒng)確定為另一個應(yīng)用領(lǐng)域。

加拿大自然科學(xué)和工程研究理事會（Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada ，NSERC)、 總部設(shè)在蒙特利爾的非營利組織 prompt、奧地利科學(xué)基金（Austrian Science Fund ，F(xiàn)WF)、俄羅斯基礎(chǔ)研究基金會（Russian Foundation for Basic Research，RFBR）、 Welch Foundation以及俄羅斯科學(xué)基金會（Russian Science Foundation）共同支持了這項研究。

這項研究成果發(fā)表在《Optica》上，論文鏈接為：https://doi.org/10.1364/OPTICA.397685