少周期基频光与倍频光相干合成所构建的亚周期光场，可打破光电场时间反演对称性，通过相位调控增强强场隧穿电离、提升连续态电子动能并调制电子再碰撞动力学，在阿秒科学与非平衡态超快凝聚态物理研究中都具有重要价值。然而，受限于倍频波段非线性介质损伤阈值较低、色散调控更为复杂等因素，少周期倍频光的脉冲压缩难度远高于基频光，同步实现高重频条件下基频光与倍频光的少周期压缩并兼顾转换效率与长期稳定性，已成为制约双色光源发展的关键瓶颈。

2025年，中国科学院物理所方少波等人曾引入弱电离稳定机制，通过精准调控气体电离程度抑制等离子体不稳定性，将超连续白光光谱拓展至350-1300nm，在50 kHz重频下实现了13.5 W、3.7 fs单周期脉冲压缩，峰值功率提升20余倍。相关成果以" Single-cycle pulse compression with over 20-fold peak power enhancement at an average power of 13.5 W"为题发表于《Optics Letters》，并入选美国光学学会OPTICA：Spotlight on Optics（图1）。在此基础上，团队进一步向亚周期双色场合成拓展。针对倍频光展宽与压缩过程中倍频程光谱调控困难、高阶色散精细管理复杂等关键问题，构建了级联展宽与压缩架构，实现了超宽带倍频光谱与色散的协同调控。首先优化多通腔将近200 fs掺镱激光高效压缩至近20 fs，输出效率优于97%；随后优化倍频过程，同时产生近16.0 fs的倍频光与基频光；最后在气体腔中同步实现两路脉冲的超连续谱稳定展宽与压缩。该方案在50 kHz重频下，同步实现了3.1W、6.3 fs倍频光与10.2 W、4.6 fs基频光的稳定输出（图2），6小时功率波动RMS优于0.3%。两路脉冲具备稳定的相对相位锁定与相干合成能力，可支持平均功率超过13 W、脉宽短至2.3 fs的亚周期光场输出（图3）。

与前期单周期基频光工作相比，该成果实现了从单路驱动向双路精密可调的拓展，为亚周期光场的波形合成与精细调控引入了新的自由度。该光源不仅有望成为高强度阿秒光源的重要驱动源，也在超快电子源等领域展现出独特的应用潜力。传统光阴极电子枪通常采用单色飞秒脉冲驱动，电子发射过程主要受脉冲强度包络调制。亚周期相干合成则可构造时间反演对称性破缺的瞬时光场，为电子发射的亚周期调控提供新的物理路径，通过调节基频光与倍频光的相对相位，可直接塑造瞬时电场波形并调制光电子发射速率；通过调节两色光的强度比，则可进一步改变多光子吸收与隧穿电离等发射机制之间的竞争关系。由此，电子发射的时间窗口、初始动量分布乃至不同量子路径间的干涉行为，均有望通过外部可控的宏观光场参数实现连续调节。目前，团队正依托超快电子衍射实验平台开展该光源与超快电子源的集成验证，为发展具有亚周期时间调控能力的新型超快电子源奠定基础。

相关成果以"High-repetition-rate few-cycle green source generation for sub-optical-cycle two-color Yb laser synthesizers"为题发表于《Optics Letters》。物理所方少波副研究员为通讯作者，刘宇哲博士为第一作者。D5实验站为研究提供了必要的实验环境，诊断设备以及超快电子源等。该工作受到了中国科学院、北京市、国家自然科学基金委有关项目的支持。

图1 不同单周期脉冲压缩方案的关键指标对比（左），光谱（右上）与压缩结果（右下）

图2 高功率、高重频、少周期基频光（上）与倍频光（下）

图3 支持2.3 fs、13.3 W、0.8个光学周期的合成光场（左），功率与重频指标对比（右）