上海光机所在涡旋高次谐波产生和调控方面取得进展

近日，中科院上海光机所超强激光科学与技术全国重点实验室与上海交通大学合作，在产生具有可控自旋-轨道角动量的明亮极紫外脉冲研究方面取得进展，相关成果以“Generation of bright extreme ultraviolet pulses with controlled spin-orbital angular momentum“为题，发表于Optics Express。

携带自旋角动量和轨道角动量的极紫外光源，能够在探测材料微观结构时同时获得自旋态与空间相位信息，显著提升探测灵敏度与信息维度，是当前超快光学与结构光物理领域的研究前沿。然而，现有方案在紧凑装置中同时产生并灵活调控自旋-轨道角动量方面仍面临挑战：自由电子激光设施成本高昂、结构复杂；传统高次谐波方案虽能产生极紫外辐射，但难以同时保持圆偏振特性和可控的轨道角动量。

涡旋高次谐波产生示意图

近日，科研团队提出利用斜入射圆偏振涡旋激光驱动等离子体镜的相对论振荡镜机制，实现了自旋-轨道角动量可控的明亮极紫外脉冲产生。三维粒子模拟结果表明：高次谐波在产生过程中保留了驱动激光的圆偏振特性（自旋角动量），其轨道角动量与谐波阶次满足线性拓扑关系，且该线性系数可由驱动激光的拓扑荷灵活调控。通过合成特定波段的谐波，可构建具有可编程螺旋结构的时空光束，例如单臂或多臂光弹簧。此外，参数扫描研究揭示了谐波转换效率对激光强度、等离子体密度标长及入射角的依赖规律，验证了该方案的实验可行性与参数鲁棒性。该方法为在紧凑平台上产生具有多维光子角动量调控能力的极紫外光源提供了新路径，有望推动阿秒手性光谱学、纳米级磁成像及拓扑光子学等前沿领域的发展。

相关成果受到了国家自然科学基金，中国科学院国际合作伙伴计划，上海市自然科学基金，中国科学院战略性先导科技专项等项目的支持。

相关链接：https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-34-6-9393