近期，中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室和張江實驗室、上海科技大學合作，在錐形疊加傳輸不變光脈沖的群速度控制研究方面取得進展，相關成果以“Investigating group-velocity-tunable propagation-invariant optical wave-packets”為題發表于Scientific Reports。

傳輸不變光波包也叫無衍射光波包，其時空形狀在傳輸過程中保持不變，且傳輸距離遠遠超過了瑞利距離的限制。一個典型的例子就是高斯脈沖光束錐形疊加后產生的貝塞爾X光波包。該光波包已經在醫學診斷、生物成像、微納制造和光學通信等領域發揮了巨大的作用。由于兼具長傳輸距離和超光速群速度兩個特性，近期該光波包在強場激光物理領域也備受關注。例如，可實現相位鎖定的電子加速，通過顯著增加電子加速的長度，從而大幅提高加速電子的能量。

研究團隊此前發現將脈沖光束的“脈沖前沿”與“相位前沿”分離后加以調制，可任意控制錐形疊加傳輸不變光波包的群速度【Sci. Rep. 10, 11481 (2020)和Commun. Phys. 3, 211 (2020)】。本工作報道了產生超光速、亞光速、加速、減速和任意變速群速度的方法，特別是在物理空間和動量空間（傅里葉空間）分別進行了公式推導和理論解釋。該工作為產生群速度可控的傳輸不變光波包提供了理論依據，將來可服務于諸如相位鎖定電子加速等強場激光物理實驗。

在物理空間和動量空間分別描述錐形疊加產生的傳輸不變光波包：群速度為(a)傳統超光速、(b)加強超光速、(c)亞光速、(d)加速超光速、(e)減速亞光速和(f)任意變速度。

原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41598-022-20601-0

(來源:中國科學院上海光學精密機械研究所)