空芯光纖具有高損傷閾值、寬帶傳輸窗口、色散和非線性可調(diào)控等優(yōu)點，為超快激光與氣體介質(zhì)的非線性相互作用研究提供了理想平臺。基于這一平臺的少周期脈沖壓縮、孤子-等離子體相互作用、超連續(xù)譜產(chǎn)生及紫外飛秒激光產(chǎn)生技術，在超快電子產(chǎn)生與調(diào)控、超快光譜學研究、燃燒診斷動力學探測等方面具有應用潛力。近期，中國科學院上海光學精密機械研究所科研團隊在基于空芯光纖的氣體非線性光學研究中取得進展。

研究團隊揭示了空芯毛細管光纖中一種新穎的孤子動力學機制，即高階孤子分裂引起的高強度次級脈沖調(diào)制效應。該研究利用這一效應實現(xiàn)了微焦量級、高相干度、紫外寬光譜脈沖的產(chǎn)生，且所產(chǎn)生的紫外光譜覆蓋一個倍頻程。在時域上，該技術支持傅里葉變換極限脈寬約1 fs的近單周期紫外脈沖，且所產(chǎn)生紫外脈沖的中心波長可通過控制入射脈沖能量和空芯波導中的氣壓進行寬譜調(diào)諧。相關成果以Octave-wide broadening of ultraviolet dispersive wave driven by soliton splitting dynamics為題，發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。

進一步，該團隊開展了空芯反諧振光纖中多峰結(jié)構諧振色散波的輻射機理研究。結(jié)果表明，諧振色散波的多峰結(jié)構是孤子自壓縮、孤子-等離子體相互作用以及相位匹配色散波輻射三種效應之間的精妙耦合所致。泵浦脈沖在充氣空芯波導中經(jīng)歷孤子自壓縮，實現(xiàn)第一次色散波輻射。同時，氣體電離導致藍移孤子產(chǎn)生，而藍移孤子逐漸靠近空芯反諧振光纖的諧振帶時，再次經(jīng)歷孤子自壓縮，從而觸發(fā)第二次色散波輻射。由于兩次色散波輻射的相位匹配條件不同，導致諧振色散波光譜上呈現(xiàn)多峰結(jié)構，而時域上出現(xiàn)多個波包。該多峰諧振色散波通過相位補償后被壓縮成超短激光脈沖。相關成果以Broadband Dispersive-wave Emission Coupled with Two-stage Soliton Self-compression in Gas-filled Anti-resonant Hollow-core Fibers為題，發(fā)表在《激光與光子學評論》（Laser & Photonics Reviews）上。