【儀表網 研發快訊】近期，中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室研究團隊在解決N2+空氣激光淬滅問題研究方面取得進展。相關研究結果以“Corona electric field triggered N2+ lasing from a femtosecond laser filament in air”為題發表于Optics Letters。
 

　　近年來，超快強激光技術的迅猛發展，使得超強激光場與粒子(原子、分子、離子等)相互作用展現出了許多有趣的非線性效應，其中N2+空氣激光現象備受關注。空氣激光通常是指超強飛秒激光成絲誘導大氣組分產生粒子數反轉，實現遠場無腔光放大的現象，進而有望在大氣遙感方面得到重要應用。面向大氣應用領域，發展基于最成熟的800 nm鈦藍寶石飛秒激光直接誘導產生空氣激光顯得至關重要。但是迄今為止只觀察到427 nm的N2+激光。在1 atm的空氣中激發391 nm的N2+激光極其具有挑戰性，因為空氣中氧分子具有相對較低的電離勢，更容易電離產生等離子體，導致391 nm N2+激光淬滅。
 

　　在這項工作中，研究人員利用外加電暈電場與飛秒光絲耦合，在1 atm 空氣中成功誘導了391 nm的N2+激光輻射，解決了利用800 nm飛秒光絲在空氣中激發391 nm激射的難題。外加電暈電場打破了空氣飛秒光絲的對稱性，產生了有效的二次諧波并作為391 nm激射的種子脈沖，導致了前向激光受激放大，進而觀察到391 nm激光輻射明顯增強。該研究團隊通過數值模擬澄清了外加電暈電場誘導391 nm激光增益背后的物理機制。這項工作為N2+激光輻射的產生提供了新的思路，不僅對解決空氣中391 nm激光的猝滅問題具有重要意義，而且對深入理解空氣激光的產生及其應用具有重要價值。
 

　　該工作得到了國家自然科學基金聯合基金項目、中國科學院國際合作重點項目、上海市科技項目等支持。
 

圖 1. 空氣中飛秒光絲耦合電暈電場誘導N2+激光的實驗裝置
 

　　圖 2.前向391 nm激光輻射的光譜信號和空氣中的二次諧波與電暈電壓的依賴關系。輸入能量為7.47 mJ，脈寬為144 fs