当前，超短红外光脉冲已经成为众多高新技术应用的关键，而调整超短光脉冲的电场波形也成为了在阿秒时间尺度上控制非线性光学现象的基础。随着研究的不断深入，研究人员已经可以在近红外光谱区域实现对超短脉冲的波形控制，但在中红外范围内却一直缺乏相应的波形操纵办法，这严重影响了极端非线性光学在太赫兹电子学、轨道成像和控制、低带隙高掺杂半导体的新型光电器件以及电场分子指纹识别等领域的应用。
为了解决这一问题，德国马克思普朗克量子光学研究所、德国慕尼黑大学以及匈牙利分子指纹中心的研究人员提出了一种用于相干多倍频程中红外生成的新方法，成功产生了超短中红外脉冲并精确控制了它们的电场波形，其相关内容已发表在Nature Photonics中。
超短激光脉冲产生的实验设备图
新型中红外光源的基础是稳定的激光系统，但目前系统的波长位于近红外波段，其脉冲仅由一次振荡产生，只有几飞秒的长度。研究人员通过将这些脉冲发射到目标非线性晶体中时，并利用复杂的混频过程最终产生了所需的长波红外脉冲。利用这种方式，该团队成功产生了具有超过三个光学倍频程（从1~12 μm）的超宽带光脉冲，在此基础上，他们还开发了一种新方法，可以通过调整激光的输入参数来精确控制产生的中红外光振荡。
利用这种对波形的控制能力，可以选择性的出发固体中的某些电子过程，以实现更高的电子信号处理速度，论文的主要作者之一Philipp Steinleitner对此表示：“在该研究的基础上，人们可以进一步对光控电子产品进行升级，如果光电设备可以在当前产生的光频率下运行，那么至少可以将现有的电子设备速度提高至少1000倍。”
论文的主要作者Nathalie Nagl等人比较关注将该技术应用于分子光谱学中，当中红外光通过样品液体（例如人体血液）时，样品中的分子开始振荡并依次发射特征光波，利用这种对光波的检测便可以准确识别样品中的组成，她还表示：“通过这种激光技术，可以显著扩展红外光的可控波长范围，而这些额外的波长赋予了我们更精确分析分子混合物组成的能力。”
此外，Maciej Kowalczyk还表示：“这种新型的激光技术还是我们检测到了以前无法检测到的生物分子（例如蛋白质和脂肪）的变化，利用该特性，可以提高未来使用红外激光技术进行医学诊断的可靠性。”
https://doi.org/10.1038/s41566-022-01001-2
本文由光电汇王越根据phys.org内容编译，如需转载请注明。
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