【光学前沿】多层薄液膜实现高效光谱展宽和少周期脉冲产生研究总结

    华中科技大学张庆斌、兰鹏飞等研究人员在《Laser&PhotonicsReviews》发表研究成果，提出以多层超薄液膜（MTLFs）作为非线性介质的创新方案，成功实现高效超连续谱展宽和少周期脉冲产生，为强场物理和阿秒科学领域提供了新的技术路径。

    一、研究背景与创新突破
    高能、少周期激光脉冲因超快时间分辨率和高峰值强度，是超快光学、强场物理等领域的核心需求。传统方案存在明显局限：空心光纤（HCFs）受入射能量限制、耦合效率低，需复杂对准装置；多层薄固体板（MTSPs）易发生光学损伤，自聚焦阈值低。
    研究团队创新采用多层超薄液膜作为非线性介质，利用液体更高的非线性susceptibility和分子密度，同时通过流动特性解决损伤问题，突破了传统介质的性能瓶颈。

    二、核心实验与关键结果
    1.超连续谱产生
    实验装置：以35fs钛宝石激光（800nm，1kHz）为泵浦源，通过镍铬合金导线引导形成超薄水膜（可选乙醇、1癸醇等介质），优化三层水膜的位置与间距（第一层距焦点100mm，膜间距118mm和50mm）。
    关键指标：实现3801050nm八倍频程超连续谱（30dB强度下），对应2.5fs傅里叶变换极限脉冲；输出能量0.52mJ，转换效率达86.7%，中心光斑能量占比79.7%（高于空心光纤的50%）。
    稳定性：30分钟内脉冲能量RMS波动仅0.99%，脉冲间波动4.8%，空间光谱均匀性良好，热效应影响极小（满载输入下温升≈0.1°C）。
    2.脉冲压缩技术
    采用四组啁啾镜（带宽4501000nm）补偿色散，配合楔形镜精细调节，将输出脉冲压缩至3.9fs，压缩因子约10，能量效率91.4%（中心斑点能量0.37mJ）。压缩脉冲的6001000nm光谱相位平坦，色散补偿效果优异。
    3.高次谐波实验
    压缩后的少周期脉冲与氪气相互作用，产生连续平滑的高次谐波光谱，最高达33阶（光子能量51eV），对应峰值强度1.8×10¹⁴W/cm²，显著优于未压缩多周期脉冲（最强谐波仅17阶）。

    三、方案优势对比
    1.性能超越传统介质：相比熔融石英板（450980nm光谱），液膜方案光谱更宽、强度更高（500nm以下光谱强度高十倍）；非线性折射率更高（水5.7×10⁻²⁰m²/W，高于熔融石英），且可通过选择高非线性系数介质（如1癸醇11×10⁻²⁰m²/W）进一步增强展宽。
    2.无永久性损伤：流动液膜持续刷新，避免了固体介质的光学损伤和液体的降解，支持高强度激光输入。
    3.灵活性与实用性：液膜厚度可通过水流量和导线间距灵活调节，能量适用范围广（0.21mJ输入均有效），无需复杂对准装置。

    四、应用前景
    该多层超薄液膜方案为高效超连续谱产生和非线性脉冲压缩提供了新路径，在强场物理、阿秒科学、高次谐波生成等领域具有重要应用潜力，有望替代传统空心光纤和固体薄板方案，推动超快激光技术的进一步发展。