超快矢量光束在光化学、生物学和物理学中有着广泛的应用，可用于泵浦探测实验、高分辨率成像、操纵微粒、经典光通信和量子光通信。尽管产生矢量光束的方法很多，但传统的三波混频或二阶非线性过程通常不容易实现，因为传统的三波混频或二阶非线性过程使用的是各向异性的非线性材料，而且这一过程受到相位匹配条件的严格限制，而相位匹配条件对光的偏振非常敏感。

此外，用一个非线性晶体在每个偏振中产生宽带非均匀分布也是相当困难和复杂的。因此，如何利用紧凑、经济的非线性过程，特别是三阶非线性过程，在较宽的光谱范围内产生多个中心波长不同矢量光束，仍然是一个有待探索的问题。现在，中国科学院上海光学精细机械研究所(SOM)的研究人员，简单地在玻璃板中基于级联四波混频(CFWM)过程产生了新颖的多色同心环形超快矢量光束(MUCAU-VB)。

并同时实现了激光束的空间模式、偏振、波长和脉冲宽度的调制，其研究成果发表在《光学快报》上。在实验中，采用两束由两个涡旋半波片调制的径向偏振泵浦光束对玻璃板进行泵浦。当两束光束在空间域和时间域重叠时，显示出具有径向偏振的同心环形光束、宽光谱范围内的多色边带和飞秒脉冲宽度，观察到高达10个径向偏振频率上转换的宽带同心环状边带。研究发现，前7阶的光谱范围可以从545 nm延伸到725 nm，一阶边带的脉冲宽度测得为74fs。

该方法也可用于产生其他偏振态和其他光谱范围的矢量光束，这将有利于多色超快矢量光束的进一步产生和应用。而且这项工作得到了国家自然科学基金、仪器研制项目和中科院战略重点研究计划的资助。研究首次利用级联四波混频(CFWM)在两个强矢量飞秒脉冲泵浦的玻璃板中，简单地产生了新颖的多色同心环形超快矢量光束(MUCAU-VB)。原理验证实验表明，基于级联四波混频工艺同时获得：

多达10个频率上转换同心环形径向偏振边带其中前7阶边带的光谱范围从545 nm扩展到725 nm。结果证明，即使在三阶光学参量过程，级联四波混频中，也存在从泵浦光束到信号光束的偏振传输特性。测得一阶边带的脉冲宽度为74fs，与两个输入光束的脉冲宽度一致。这些新颖的多色同心环形超快矢量光束同时在时间、光谱、空间域和偏振态操作，有望在操纵粒子和多色泵浦-探测实验等领域得到广泛应用。

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博科园｜研究/来自：中国科学院

研究发表期刊《光学快报》

DOI: 10.1364/OE.387821

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