飛秒激光脈沖在透明介質中的成絲現象是近年來強場激光物理領域的一個研究熱點，在高次諧波、強場電離、太赫茲產生以及遠程遙感等眾多研究領域具有潛在的應用價值。飛秒激光脈沖在介質中傳輸時，能夠引起介質的非線性效應，從而引發激光光束在介質中的自聚焦效應;當脈沖的峰值強度增大到一定程度時，能夠引發介質的電離，產生的等離子體通道對激光光束產生散焦效應。這種自聚焦效應與散焦效應的動態平衡，導致了激光光束在介質中保持長距離的高強度傳輸。為了獲得更長的激光光絲，不同的手段被用于實現激光成絲長度的延長。通常情況下，光絲的長度是與輸入脈沖的能量直接相關的。利用單脈沖能量大于5mJ的激光輸入，光絲已經被延長到了超過2米的長度。然而，利用能量有限的飛秒激光脈沖延長成絲長度的手段依然十分有限。
武漢光電國家實驗室陸培祥教授領導的超快激光研究團隊針對脈沖能量有限情況下的成絲問題，提出了一種能夠有效增加光絲長度的方案。在本方案中，初始的準直激光光束被輸入到一臺空間相位調制器中，通過對其空間振幅和相位的調制，準直光束被轉換成了多焦距光束。利用這種調制手段，激光光束的傳輸特性受到了嚴格的控制，在多個不同的距離上實現了聚焦。脈沖能量有效地分布在了光絲的不同位置，從而實現了等離子體通道的延長。仿真計算表明，僅僅利用2mJ能量的脈沖，多焦距光束產生的光絲相比起常見的單焦距方案被增長了一倍，達到了接近1米的長度。通過調節空間相位調制器，可以很簡便地改變光絲的長度和距離。與此同時，增長的等離子體通道還會導致自相位調制效應的積累，獲取帶寬更大的超連續譜輸出。這一研究成果為超快光學、強場物理的研究提供了有效的工具。
2016年2月22日，研究成果“基于多焦距光束延長飛秒激光成絲長度的研究”(Extending plasma channel of filamentation with a multi-focal-length beam)發表在Optics Express24, 4, 4029-4041 (2016)上。
該項工作得到了國家自然科學基金(11574101，11204095，11234004，61275126)的資助。
圖 (a)多焦距光束的峰值強度 (b)等離子體濃度及光通量 (c)在傳輸過程中的變化情況
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