激光的产生起源于爱因斯坦提出的受激辐射概念。1960年，西奥多•梅曼（Theodore H. Maiman）成功制造出了世界上第一台在红光谱区发射激光（λ= 694.3 nm）的红宝石激光器。在以后的研究中，通过激光频率转换技术，非线性光学晶体可将常见波段的激光（如近红外1064 nm 激光）转换至新的波段，实现紫外、中远红外乃至太赫兹波段激光的输出。激光器的诞生对人们的生活带来了重大影响，为纪念激光器诞生60周年，编辑部特从《物理学报》近年刊发的与激光器研究方向相关的文章中精选汇集如下，以飨读者。

基于第一性原理的新型非线性光学晶体探索

梁飞, 林哲帅, 吴以成

物理学报. 2018, 67 (11): 114203

doi: 10.7498/aps.67.20180189

基于深紫外激光-光发射电子显微技术的高分辨率磁畴成像

吕浩昌, 赵云驰, 杨光, 董博闻, 祁杰, 张静言, 朱照照, 孙阳, 于广华, 姜勇, 魏红祥, 王晶, 陆俊, 王志宏, 蔡建旺, 沈保根, 杨峰, 张申金, 王守国

物理学报. 2020, 69 (9): 096801

doi: 10.7498/aps.69.20200083

基于磁二色效应的光发射电子显微镜磁成像技术是研究薄膜磁畴结构的一种重要研究手段，具有空间分辨率高、可实时成像以及对表面信息敏感等优点。以全固态深紫外激光（波长为177.3 nm；能量为7.0 eV）为激发光源的光发射电子显微技术相比于传统的光发射电子显微镜磁成像技术（以同步辐射光源或汞灯为激发源），摆脱了大型同步辐射光源的限制；同时又解决了当前阈激发研究中由于激发光源能量低难以实现光电子直接激发的技术难题，在实验室条件下实现了高分辨磁成像。本文首先对最新搭建的深紫外激光-光发射电子显微镜系统做了简单介绍，然后结合超高真空分子束外延薄膜沉积技术，成功实现了L10-FePt垂直磁各向异性薄膜的磁畴观测，其空间分辨率高达43.2 nm，与利用 X 射线作为激发源的光发射电子显微镜磁成像技术处于同一量级，为后续开展高分辨磁成像提供了便利。最后，重点介绍了在该磁成像技术方面取得的一些最新研究成果：通过引入Cr的纳米“台阶”，成功设计出 FePt 的(001)与(111)双取向外延薄膜；并在“台阶”区域使用线偏振态深紫外激光观测到了磁线二色衬度，其强度为圆二色衬度的4.6倍。上述研究结果表明：深紫外激光-光发射电子显微镜磁成像技术在磁性薄膜/多层膜体系磁畴观测方面具备了出色的分辨能力，通过超高真空系统与分子束外延薄膜制备系统相连接，可以实现高质量单晶外延薄膜制备、超高真空原位传输和高分辨磁畴成像三位一体的功能，为未来磁性薄膜材料的研究提供了重要手段。

中远红外非线性光学晶体研究进展

贾宁, 王善朋, 陶绪堂

物理学报. 2018, 67 (24): 244203

 doi: 10.7498/aps.67.20181591

3–5 μm和 8–12 μm波段中远红外激光，在国防和民用领域均具有广泛的应用.作为全固态激光频率转换系统的核心部件，非线性光学晶体需要不断地优化和发展。本文从红外非线性光学晶体材料组成角度出发，总结了几种具有重大应用前景的磷族化合物（ZnGeP₂，CdSiP₂）、硫属化合物（CdSe，GaSe，LiInS₂系列，BaGa₄S₇系列）以及准位相匹配晶体（OP-GaAs，OP-GaP）等中远红外波段非线性光学晶体的研究进展。

类KBe2BO3F2结构硼酸盐深紫外非线性光学材料的研究进展

盖敏强, 王颖, 潘世烈

物理学报. 2019, 68 (2): 024208

doi: 10.7498/aps.68.20182145

利用非线性光学（NLO）晶体材料和变频技术，可以把波长范围有限的激光光源扩展到紫外、深紫外区，这已成为深紫外光源的热点研究方向。然而，目前限制深紫外全固态激光器发展和应用的关键问题是缺乏能够在该波段进行频率转换并且产业化应用的 NLO晶体材料。因此，该领域的各国科学家都在积极探索并发展新一代的深紫外 NLO 晶体材料。目前仅有 KBe₂BO₃F₂ (KBBF) 晶体能够实现 Nd:YAG 的直接六倍频深紫外激光(波长为177.3 nm)输出. 然而, KBBF晶体存在严重的层状生长习性, 并且其原料氧化铍有剧毒, 从而极大地制约了其商业化生产和应用进程. 根据阴离子基团理论, 以BO3基团为基本结构单元形成的类[Be₂BO₃F]层状结构特征仍然是目前最有利于产生深紫外谐波的适宜结构之一, 因此, 基于KBBF层状结构进行分子工程设计, 并开发类KBBF结构的硼酸盐可能是探索新材料的优选策略. 本文通过回顾类KBBF结构硼酸盐深紫外NLO晶体的发展历程, 系统梳理该类晶体材料层状结构特点、不同层间连接方式和光学性能, 分析限制深紫外NLO晶体发展的主要因素, 讨论目前发展类KBBF结构硼酸盐深紫外NLO晶体材料的主要矛盾和解决策略, 以期对未来新材料的创新探索提供借鉴.

基于二维纳米材料的超快脉冲激光器

王聪, 刘杰, 张晗

物理学报. 2019, 68 (18): 188101

doi: 10.7498/aps.68.20190751

石墨烯以其独特的光电特性打开了二维纳米材料的大门，随后拓扑绝缘体、过渡金属硫化物、黑磷等二维材料相继被报道，这些材料由于具有良好的非线性光学特性，可用作被动饱和吸收体来产生脉冲激光。本文总结了近年来基于二维材料的光纤激光器和固体激光器的研究状况，从激光器的中心波长、脉宽、重复频率、脉冲能量和输出功率等基本参数对发展现状进行了阐述，最后进行了总结和展望。

部分相干光束经过湍流大气传输研究进展

王飞, 余佳益, 刘显龙, 蔡阳健

物理学报. 2018, 67 (18): 184203

doi: 10.7498/aps.67.20180877

相较于相干光束，部分相干光束经过湍流大气传输能够有效地抑制湍流引起的光束展宽、光斑漂移及光强闪烁等扰动效应，在自由空间光通信、激光雷达和激光遥感等方面有重要的应用前景。近年来，部分相干光束湍流大气传输研究受到越来越多学者的关注。本文回顾了部分相干光束在湍流大气中传输特性研究的发展历程、理论基础及常用的理论方法，介绍了处理光束经过湍流大气传输的相位屏数值模拟方法，以及如何把该方法运用到处理部分相干光束传输。

无衍射光束的产生及其应用

刘会龙, 胡总华, 夏菁, 吕彦飞

物理学报. 2018, 67 (21): 214204

doi: 10.7498/aps.67.20181227

近年来，随着激光技术的快速发展，相继产生了多种在远距离传输后中心光斑保持不变的无衍射光束，包括贝塞尔光束、高阶贝塞尔光束、马丢光束、高阶马丢光束、余弦光束、抛物线光束以及艾里光束。无衍射光束在激光打孔、激光精密准直、光学精密控制、光学微操控、光通信、等离子体导向、光子弹产生、光通信、自聚焦光束的合成以及非线性光学等领域中有着广泛的应用。本文介绍了各类无衍射光束的数学表达式、产生方法及对应的实验结果；就无衍射光束的特性和应用进行了归纳和讨论；并对其在未来的研究与应用前景中发挥的重要作用进行了简要总结与展望。

高次谐波发射的亚原子尺度研究

刘艳, 郭福明, 杨玉军

物理学报. 2019, 68 (17): 173202

doi: 10.7498/aps.68.20190790

激光与原子、分子相互作用的高次谐波是产生超短阿秒脉冲和相干高频 XUV 光源的重要手段之一。为了产生高强度的 XUV 光源，需要对谐波产生机制深入研究。本文通过数值求解含时薛定谔方程，计算了不同空间位置的含时偶极矩进而得到不同空间位置的高次谐波发射。对不同空间位置的谐波发射谱的分析发现，谐波发射的主要空间位置在核区附近，不同空间位置的谐波中奇次和偶次谐波均能被观察到，整数阶谐波能量辐射强度较大。进一步研究不同空间位置的谐波相位发现，在 x = 0 左右两侧发射的奇次谐波相位相同，偶次谐波相位相反。通过滤波方法分析了不同空间位置的相同次谐波的含时偶极矩信息，发现该相位特征导致了奇次谐波的增强，偶次谐波的消失。

硅超构表面上强烈增强的三次谐波

杨玖龙, 元晴晨, 陈润丰, 方汉林, 肖发俊, 李俊韬, 姜碧强, 赵建林, 甘雪涛

物理学报. 2019, 68 (21): 214207

doi: 10.7498/aps.68.20190789

利用超构表面结构实现硅介质内局域电磁场的极大增强，进而实现强烈增强的三次谐波激发 (THG)。该超构表面结构由L形的单晶硅共振子组成，通过调节抽运波长与超构表面共振波长重合，可以实现最高 220倍的 THG 增强，THG 的转化效率提升至～ 3 × 10^-7。数值模拟和 THG 信号的空间扫描结果表明，场增强主要源于超构表面结构中心区域处的共振模式耦合效应。此外，实验结果表明该结构的共振模式具有明显的偏振选择性，且 THG 信号同样为线偏振光，消光比为15 dB。

专题文章链接：

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《物理学报》2020年电子期刊，点击下图即可阅读。