近日，中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室研究员李儒新和田野团队在小型化自由电子相干光源研究领域取得的成果登上《自然》杂志。
此次研究采用超快光学技术，探测了表面光经历受激辐射，放大形成表面激光的全过程，并指明了采用自由电子泵浦SPP实现表面光相干放大的全新途径。
相比自由空间中传播的光场，以SPP为代表的表面光场具有亚波长压缩和近场增强的优异特性，近年来已逐步应用于新一代无线通信、纳米尺度的成像与探测等诸多领域，并有望为集成光电子器件的开发以及光谱探测、传感、信息处理等领域的应用带来变革性技术影响。因此，发展相干的高功率SPP光源成为了迫切需求。
“通过这项技术，我们把光源转移到波导表面，从而研究表面光。在表面光提供的平台上，我们目睹了‘光种子’是如何在注入电子的激励下一点点演化、增长的全过程。”研究团队负责人田野表示。
得益于在小型化自由电子光源领域中的长期积累，围绕小型化自由电子相干光源，研究团队展开了飞秒激光驱动的超短电子脉冲泵浦SPP种子研究，采用超快光学泵浦-探测技术，观测到自由电子脉冲对SPP的相干放大。
实验通过对SPP的电磁场时空波形、能量以及频谱的记录，首次动态演示了SPP受激辐射放大的动力学过程，并揭示了SPP经历了高增益自由电子激光中超辐射、指数增长和饱和等三阶段的受激辐射光放大过程。该项研究创新发展了利用自由电子泵浦实现SPP相干放大的全新途径，在光谱探测、传感、信息处理等应用领域具有很大的应用价值，对于发展小型化、集成化的相干光源具有较大意义。
在未来，研究团队将基于该技术进一步发展小型化、集成化的相干光源，并拓展其在光谱探测、传感、信息处理等领域的交叉应用。