少周期飛秒激光不僅是產生高次諧波和孤立阿秒光脈沖的主力光源，同時也廣泛應用于各類超快泵浦-探測實驗和瞬態吸收譜學。傳統的少周期飛秒脈沖普遍基于1kHz重復頻率的飛秒激光放大器系統。如能進一步提高重復頻率(≥50kHz)，不僅能將極紫外阿秒光脈沖的光子通量提高兩個數量級，還將極大優化非平衡態超快物理實驗相關探測過程中的信噪比。
 

　　中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心原子尺度阿秒超快動力學青年團隊長期致力于少周期飛秒激光再壓縮和亞周期阿秒光場調控研究。曾利用充氣空芯光纖(APL 115, 031102, 2019)和級聯薄片組(APL 118, 261102, 2021)先后產生了3.8fs 和3.6fs的少周期飛秒脈沖(重復頻率均為1kHz)，并以此為驅動光源首次開展了合成光場調控固體高次諧波的研究(APL?120, 121105, 2022)。
 

　　在前期工作的基礎上，團隊綜合考慮固體多通腔和固體薄片組的各自優勢，提出超倍頻程光譜再展寬和少周期飛秒脈沖再壓縮的新路徑(圖)。首次以全固態技術路線高效率實現了脈沖寬度壓縮26倍(180fs - 6.9fs)，峰值功率提升11倍(1.1GW - 12.5GW)的高重頻少周期脈沖再壓縮，4小時功率穩定性優于0.1%，其中第一級功率穩定性優于0.04%。該工作的峰值功率和壓縮脈寬在全固態方法中均位于國際較高水平(圖)，展寬優化后的光譜范圍超過1.5個倍頻程(500nm – 1420nm)，支持小于0.8個光學周期(2.7fs)的傅里葉變換極限脈沖(圖)。
 

　　該工作有望作為下一代高通量極紫外阿秒光源的驅動激光，實現更高時間分辨率、更高信噪比的泵浦-探測超快譜學測量。相關成果以“Few-cycle 12.5-GW pulses generated via efficient all-solid-state post-compression from an ytterbium laser”為題發表于【Optics Letters 49, 6992-6995 (2024)】。物理所研究生劉宇哲(第一作者)、諶峙東、楊森池、賀一誠共同參與了本工作，物理所汪信波副研究員、中國科學院空天信息創新研究院麻云鳳研究員、中國科學院合肥物質科學研究院周春副研究員給予本工作指導與支持，團隊負責人方少波為本論文通訊作者。該工作受到了國家重點研發計劃、中國科學院-財政部聯合穩定支持基礎研究領域青年團隊計劃、北京市杰出青年科學基金、綜合極端條件實驗裝置(SECUF)的支持。
 

圖 指標對比(左)，實驗裝置(右上)，光譜與變換極限(右下)