上海光機所高功率激光物理聯合實驗室依托“神光Ⅱ”系列裝置提供的高效泵浦源，采用全光參量啁啾脈沖放大（OPCPA）技術，經過三級OPCPA放大器，實現150J/30fs的到靶激光脈沖輸出。歷時三年的攻關研制，前兩級的OPCPA已達到1.76PW的輸出。2018年2月，裝置完成第二階段驗證實驗，物理打靶成功率達到88.8%。
飛秒拍瓦級激光裝置是強場物理等前沿基礎研究的重要手段，國際上多個國家和地區都開展了該類大型超短脈沖激光裝置的研制。該類激光裝置的輸出性能有別于其他類型的激光裝置，即要在焦點處實現拍瓦級聚焦功率密度，對于激光輸出的時空特性、光束指向性等具有極高要求。“神光Ⅱ”飛秒拍瓦級激光裝置攻關計劃分為兩個階段：一是激光拍瓦級輸出和驗證，二是綜合實驗驗證，提升拍瓦輸出的穩定可控，以便滿足裝置的實用性需要。該裝置將成為神光Ⅱ裝置多功能、多種脈沖組合打靶的綜合性激光物理平臺的有機組成部分。
第二階段的實驗圍繞裝置穩定提供物理實驗這一核心目標，著力解決第一階段聯機實驗中暴露的問題，系統總體與單元性能方面獲得了顯著提升，在現有泵浦參數與同步控制精度不變的情況下，通過優化OPCPAI晶體參數與匹配結構，在輸出能量、轉換效率、穩定性與光束質量方面得到顯著提升，轉換效率42.8%，穩定性達到1.67%RMS；OPCPAII通過優化泵浦光的有效光束口徑與能量填充度，光束口徑增加11%，最大可輸出40.7J能量, 轉換效率高達41.9%，為當前報道大口徑OPCPA的最高轉換效率。在終端調靶方面，增加了真空中的監控手段，大大提高了調靶的精度與復位精度，結合自適應光學閉環控制，降低了系統的剩余殘差，808nm波長上獲得靜態聚焦焦斑直徑由原來的10μm 減小到4.4μm。在聚焦能力方面，由于系統各部分的優化，系統輸出的能量更加穩定可控，焦斑更小；能量集中度顯著提升，使該激光裝置在二級OPCPA的半能量輸出條件下，實現1020W/cm2量級聚焦功率密度下的穩定輸出。（高功率激光物理聯合實驗室供稿）
圖1.OPCPAI放大后的近場和光譜圖
圖2.輸出光近場波前與聚焦焦斑圖
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