超宽带深紫外和中红外波段飞秒激光脉冲产生、整形及其应用研究

Ultrabroadband femtosecond laser pulses,especially shaped ultrabroadband femtosecond laser pulses play a very important role in many researches,such as quntum conherent control, nonlinear laser spectroscopy, and nonlinear optical microscopy etc. In this project, we will extend the visible-near-IR femtosecond pulses generated by Ti:sapphire laser to the deep-UV and Mid-IR spectral region. The content is a pioneering and hot topic in recent femtosecond laser research in the world. In the project, the femtosecond four-wave mixing will be used in gas filled hollow fiber,filament or bulk medium to generate ultrabroadband femtosecond pulses in the deep-UV and Mid-IR spectral region injected by broadband femtosecond laser pulses.Based on the phase tranfer property in the four-wave mixing process, we will obtain few-cycle near transform limited or shaped femtosecond laser pulses in the deep UV and Mid-IR spectral region by precisely controlling the spectral phase of one incident pulse in the visible-near-IR through a liquid crystal spatial light modulator.By using this ultrabroadband tranform limited or shaped femtosecond pulses in the new spectral region, we will study the ultrafast phenomenon in protein, DNA, and nanomaterial etc. The accomplishment of this project will provide ultrabroadband and shaped femtosecond pulses in new spectral region for many researches and will strongly promote the pioneering and interdisciplinary researches in femtosecond chemistry, femtosecond biology, and femtosecond material science etc.

超宽带飞秒激光脉冲，特别是整形的超宽带飞秒激光脉冲在量子相干控制、非线性激光光谱学、非线性光学显微成像等众多领域有非常重要的应用。本项目立足国际飞秒激光技术研究的前沿，研究将可见-近红外的钛宝石飞秒激光拓展到深紫外-紫外波段和中红外波段。在本项目中，我们将采用宽带飞秒激光在空心光纤、光丝或块状介质材料中的四波混频过程来获得深紫外和中红外波段的超宽带飞秒激光脉冲。并且基于四波混频参量过程中的相位转移特性，通过利用液晶光阀空间光调制器来精确反馈控制入射的可见-近红外激光的光谱相位，我们将获得深紫外和中红外波段的周期量级的近转换极限或整形的飞秒激光脉冲。最后，我们将利用得到的这些新波段超宽带的转换极限或整形的飞秒激光脉冲进行蛋白质、DNA、纳米材料等超快现象的研究。项目的完成将为众多研究提供新波段的超宽带整形飞秒激光脉冲，对飞秒化学、飞秒生物、飞秒材料科学等交叉前沿科学的研究有着巨大的推动作用。

飞秒激光是过去20 年间由激光科学发展起来的最强有力的工具之一，对飞秒化学、飞秒生物、飞秒材料科学等交叉前沿科学的研究有着巨大的推动作用。而超宽光谱范围飞秒激光脉冲在量子相干控制、非线性激光光谱学、非线性光学显微成像等众多领域有非常重要的应用。本项目立足飞秒激光技术研究的前沿，我们研究采用宽带飞秒激光在空心光纤、光丝或块状介质材料中的四波混频过程来将可见-近红外的钛宝石飞秒激光拓展到深紫外-紫外波段和中红外波段的飞秒激光脉冲。.我们获得重要结果包括：搭建完成了一套覆盖从深紫外到中红外波段的超短飞秒激光脉冲系统，获得了270nm，400nm，800nm等波段小于10fs的激光脉冲输出，并且在1.2-2.2um有光谱连续可调的飞秒激光输出，中红外波段也获得飞秒量级的激光脉冲；搭建了基于SLM的脉冲整形系统装置，研究了MIIPS和PRISM方法，实现了飞秒脉冲整形；在块状材料的四波混频研究中，我们通过在入射激光中引入正负啁啾，可以控制输出激光的色散，从而实现脉冲的整形，实验中我们获得了负啁啾和转换极限脉冲宽度的四波混频多色飞秒激光脉冲；为此我们研究并研制了基于SRSI方法的新型飞秒脉冲测量仪，从光谱范围，入射能量，仪器小型化，综合性能等多个方面进行了优化，研制出了仪器样机，并且编写出了相关的仪器测量软件；最后，我们还应用飞秒激光进行超快激光光谱研究，我们发现了PYP蛋白质1155cm-1振动模式的一些特殊的性能。我们搭建了一套紧凑的二维电子光谱装置，并发展了基于SRSI方法的数据分析方法。这些研究成果为将来的研究提供一整套实用而系统的仪器工具，而不简单是激光光源。.总的说来，经过四年的努力，我们较好地完成了项目目标和任务中的各项任务。搭建的从深紫外到中红外范围的超短飞秒激光系统为将来的材料，生物，化学等超快动力学研究提供了先进和丰富的激光光源。高能多色飞秒激光的获得将为需要同时用到多色飞秒激光的研究提供特殊激光工具。由于当前飞秒激光脉冲覆盖光谱范围很宽，当前的单一飞秒脉冲测量方法难以满足需求，我们研制的SRSI飞秒脉冲测量技术和装置可以大大提高飞秒激光实验效率和可靠性，并具有一定的产业前景。此外，我们研制的紧凑型二维电子光谱也将为材料研究提供一个新的前沿研究工具。