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仪表网 研发快讯】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在解决N2+空气激光淬灭问题研究方面取得进展。相关研究结果以“Corona electric field triggered N2+ lasing from a femtosecond laser filament in air”为题发表于Optics Letters。
近年来，超快强激光技术的迅猛发展，使得超强激光场与粒子(原子、分子、离子等)相互作用展现出了许多有趣的非线性效应，其中N2+空气激光现象备受关注。空气激光通常是指超强飞秒激光成丝诱导大气组分产生粒子数反转，实现远场无腔光放大的现象，进而有望在大气遥感方面得到重要应用。面向大气应用领域，发展基于最成熟的800 nm钛蓝宝石飞秒激光直接诱导产生空气激光显得至关重要。但是迄今为止只观察到427 nm的N2+激光。在1 atm的空气中激发391 nm的N2+激光极其具有挑战性，因为空气中氧分子具有相对较低的电离势，更容易电离产生等离子体，导致391 nm N2+激光淬灭。
在这项工作中，研究人员利用外加电晕电场与飞秒光丝耦合，在1 atm 空气中成功诱导了391 nm的N2+激光辐射，解决了利用800 nm飞秒光丝在空气中激发391 nm激射的难题。外加电晕电场打破了空气飞秒光丝的对称性，产生了有效的二次谐波并作为391 nm激射的种子脉冲，导致了前向激光受激放大，进而观察到391 nm激光辐射明显增强。该研究团队通过数值模拟澄清了外加电晕电场诱导391 nm激光增益背后的物理机制。这项工作为N2+激光辐射的产生提供了新的思路，不仅对解决空气中391 nm激光的猝灭问题具有重要意义，而且对深入理解空气激光的产生及其应用具有重要价值。
该工作得到了国家自然科学基金联合基金项目、中国科学院国际合作重点项目、上海市科技项目等支持。
图 1. 空气中飞秒光丝耦合电晕电场诱导N2+激光的实验装置
图 2.前向391 nm激光辐射的光谱信号和空气中的二次谐波与电晕电压的依赖关系。输入能量为7.47 mJ，脉宽为144 fs
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