上海交大翁蘇明團隊：極端法拉第效應研究取得重要進展

【成果簡介】

最近，激光等離子體實驗室的翁蘇明特別研究員和盛政明教授等人發現了法拉第效應的一種極端表現形式：線偏振超短激光脈沖在強磁化等離子體中沿磁場方向傳播時可逐漸分裂成兩個圓偏振激光脈沖，其中左旋圓偏振脈沖在前，右旋圓偏振脈沖緊隨其后。研究表明在強磁化等離子體中，左旋與右旋圓偏振光不僅具有不同的相速度，同時還具有不同的群速度。前者可導致線偏光的偏振方向發生旋轉；而后者則直接導致構成線偏光的左旋光脈沖與右旋光脈沖在時空中的分離。

【圖文導讀】

圖1 磁分裂

由于其不同的速度，入射LP脈沖將分為RCP和LCP子脈沖。

圖2 參數

在t = 333 fs時的斯托克斯參數具有非常強的磁場B = 6000 T（ω_c/ω₀?0.6）。

【研究內容】

1846年發現的法拉第效應首次在實驗上證明了光具有電磁波屬性。法拉第效應也稱為法拉第旋轉：當線偏振光在物質中沿磁場方向傳播時，其偏振方向將發生旋轉；旋轉角度正比于傳播方向的磁場強度及傳播距離。從單原子層的石墨烯到宇宙中的巨大星系等各個尺度的物理系統中都已觀察到法拉第旋轉效應。此效應也被廣泛應用于對光的操控、對磁場及材料屬性的測量中。

上述極端法拉第效應為操控超短激光脈沖提供了一個新的自由度，以此可設計一些新型光學儀器。譬如，新型磁化等離子體偏振器，它可以將數十拍瓦的超高功率線偏振激光脈沖轉變為圓偏振激光脈沖，這種高功率圓偏振激光脈沖在激光驅動的離子加速以及對介觀物質的光學控制中具有重要的應用。雖然傳統的四分之一波片也可以將線偏振光轉變成圓偏振光，但是當激光脈沖功率達到十拍瓦量級時，為了避免激光損傷波片的口徑需要達到米量級，這對于目前的加工工藝仍是極大的挑戰。而基于極端法拉第效應的磁化等離子體偏振器的尺寸只有厘米量級。此外，此極端法拉第效應還可能為測量宇宙中存在的超強磁場或強激光與物質相互作用產生的超強磁場提供另一種途徑。

本工作近期發表在Optica [Suming Weng, Qian Zhao, Zhengming Sheng et al., Optica 4(9), 1086-1091 (2017)]. 該工作得到了國家科技部重點基礎研究發展計劃和國家自然科學基金項目的資助。

原文鏈接：http://www.physics.sjtu.edu.cn/node/2282

文獻鏈接：Extreme case of Faraday effect: magnetic splitting of ultrashort laser pulses in plasmas （Optica,2017,DOI:10.1364/OPTICA.4.001086）

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