中科院上海光機所強場激光物理國家重點實驗室最近研制成功5拍瓦（1拍瓦=1015瓦）超強超短激光放大系統(tǒng)，這是迄今國際最高峰值功率的激光放大系統(tǒng)，為研制10拍瓦超強超短激光裝置奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果作為亮點文章近日發(fā)表于國際光學領(lǐng)域著名期刊Optics Letters（光學快報）。
拍瓦級超強超短激光能在實驗室內(nèi)創(chuàng)造出前所未有的超強電磁場、超高能量密度和超快時間尺度綜合性極端物理條件，在臺式化加速器、阿秒科學、超快化學、材料科學、激光聚變、核物理與核醫(yī)學、高能物理等領(lǐng)域有重大應(yīng)用價值，國際上多個國家投入巨資和人力大力發(fā)展超強超短激光裝置，展開激烈競爭。歐盟2012年正式啟動ELI計劃，投入總經(jīng)費8.5億歐元，目標是建立數(shù)臺10拍瓦超強超短激光用戶裝置。英國和法國也正在研制類似的10拍瓦超強超短激光裝置。美國、俄羅斯、日本、韓國等也提出了10拍瓦乃至更高量級峰值功率的超強超短激光裝置研究計劃。今年9月底法國Apollon （名字來自希臘神話中的阿波羅太陽神）激光項目啟動。據(jù)悉，該項目確定的第一個里程碑是在2017年實現(xiàn)5拍瓦，并爭取于2018年實現(xiàn)10拍瓦輸出。
上海光機所強場激光物理國家重點實驗室研究人員基于鈦寶石晶體和啁啾脈沖放大（CPA）技術(shù)，解決了寄生振蕩抑制等核心科技問題，于2013年研制成功2拍瓦超強超短激光放大系統(tǒng)，為當時國際最高峰值功率的激光放大系統(tǒng)。近年又進一步發(fā)展了新型主動寄生振蕩抑制技術(shù)，采用150毫米口徑鈦寶石晶體作為放大介質(zhì)，首次實現(xiàn)了百焦耳以上能量水平的寬帶（70納米）激光放大輸出。對輸出激光光束取樣壓縮后脈沖寬度為27飛秒，壓縮器效率72%，若采用大口徑壓縮器則可獲得5.13拍瓦脈沖輸出。該激光放大系統(tǒng)是目前國際最高峰值功率的激光放大系統(tǒng)。大口徑高增益鈦寶石放大器寄生振蕩抑制技術(shù)的成功突破，為研制基于鈦寶石CPA放大的10拍瓦激光裝置奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。
據(jù)介紹，該激光系統(tǒng)采用基于鈦寶石晶體的800納米波段寬帶CPA結(jié)構(gòu)。高信噪比CPA前端采用交叉偏振波（XPW）脈沖凈化技術(shù)，將激光脈沖的信噪比提高到10-11量級，經(jīng)CPA多通放大到35焦耳量級后，注入到采用直徑為150毫米的鈦寶石晶體的終端大口徑CPA放大器中，通過精密控制泵浦光與信號光的時間同步精度，以及雙路泵浦光的同步延時，并優(yōu)化泵浦激光脈沖和信號激光脈沖的強度，有效抑制了高能量泵浦下，大口徑鈦寶石晶體中的寄生振蕩效應(yīng)，在脈沖能量為312焦耳的釹玻璃倍頻激光泵浦下，獲得192.3焦耳的放大輸出，轉(zhuǎn)換效率超過50%。
這項重要研究進展得到國際同行學術(shù)界的高度關(guān)注，上海光機所李儒新研究員此前應(yīng)邀在第十一屆環(huán)太平洋激光與電光國際會議上作大會報告，介紹這一重要研究成果。李儒新表示，超強超短激光用戶裝置的建設(shè)已被列入上海市建設(shè)具有全球影響力的科技創(chuàng)新中心的戰(zhàn)略部署，未來將作為上海張江綜合性國家科學中心打造高度集聚的世界級重大科技基礎(chǔ)設(shè)施群的重要組成部分。
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