单周期飞秒光源作为产生孤立阿秒脉冲的理想驱动源，是突破超快电子成像技术时间分辨率瓶颈的关键。在阿秒科学领域，单周期激光场可在单个光学周期内高效驱动高次谐波，生成孤立阿秒脉冲；在超快电子学领域，其极短时域宽度使其成为理想的“光开关”或加速场，从而产生脉宽更短、时间抖动更低的超快电子束。此类电子源有望在原子尺度上直接观测电荷迁移、化学键断裂及相变初期的电子动力学过程，将超快电子显微镜的时间分辨率从飞秒量级提升至阿秒量级。

然而，单周期飞秒光源的产生与表征难度远高于少周期飞秒激光。现有方案难以在重复频率、平均功率与长期稳定性之间实现平衡。目前报道的单周期光源指标（重复频率～kHz、平均功率～W）与下一代高通量阿秒光源及高亮度超快电镜对驱动源的极端需求（重复频率～100kHz、平均功率10-100W）存在显著差距。低重频与低功率直接限制了阿秒脉冲通量及电子成像的信噪比与数据采集速度。因此，构建兼具高重复频率与高功率特性的单周期飞秒光源，已成为突破下一代高重频阿秒光子学与超快电子学技术壁垒的核心命题。

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心方少波团队在该领域取得了重要进展。研究团队提出并实现了一种高效的两级脉冲压缩方案，成功在50kHz的高重频下，获得了平均功率13.5W、脉宽3.7fs的单周期脉冲。

实验以商用20W、180fs的掺镱（Yb）飞秒激光器为驱动源。在第一级压缩中，团队利用充氩气的多通腔（MPC）进行脉冲压缩。通过精确调控气体压力及光束参数，将脉冲宽度大幅压缩，同时保持了高达97%的传输效率和优异的长期稳定性，输出峰值功率达15.9GW。在此基础上，团队设计了第二级单通压缩系统。将第一级输出的脉冲聚焦进入填充氩气的气体管，利用高强度激光与气体的非线性相互作用产生超连续白光。团队构建的弱电离稳定机制，通过精准调控气体电离程度，有效抑制了等离子体不稳定性及高阶色散扰动，将光谱范围显著展宽，并通过色散精确调控，将输出脉冲的峰值功率提升超过20倍（45.8 GW），实现了高功率（13.5 W）、高重频（50 kHz）、单周期（3.7 fs）脉冲压缩的国际先进指标，系统在4小时连续运行中功率波动小于0.2%，展现了优异的长期运行稳定性。

该方案成功突破了传统技术在重频、功率与效率难以协同提升的瓶颈，实现了高重复频率、高平均功率、高峰值功率及高产生效率的多指标协同优化。这一成果为研发高重频、高通量阿秒光源提供了坚实的技术支撑。该光源有望直接应用于强场物理研究，高效产生极紫外（XUV）脉冲，并推动超快电子成像技术向阿秒时间分辨率迈进，助力科学家在原子尺度上实时解析电子超快动力学过程。相关成果以“Single-cycle pulse compression with over 20-fold peak power enhancement at an average power of 13.5W”为题，发表于《Optics Letters》，并同时入选《物理》封面故事和美国光学学会OPTICA：Spotlight on Optics。物理所博士生刘宇哲为第一作者，方少波副研究员为通讯作者。该工作受到了北京市杰出青年科学基金、中国科学院-财政部联合稳定支持基础研究领域青年团队计划支持，综合极端条件实验装置（SECUF）D5实验站为研究提供了必要的实验环境和超快电子源等设备。

图. 不同单周期脉冲压缩方案的关键指标对比（左），超连续白光光谱展宽（右上），接近变换极限的单周期飞秒脉冲压缩结果（右下）。