近期，中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室在超強超短激光相干合束壓縮新技術方面取得新進展。研究團隊提出了利用毛細管實現大能量超短脈沖的相干合束以及后壓縮，首次驗證了相干合束壓縮（Combination and Compression，C+C)的激光峰值功率提升技術。相關研究成果發表于《光子學研究》（Photonics Research）。
超強超短激光的出現與持續迅猛發展，為人類提供了前所未有的全新實驗手段與極端物理條件。超強超短激光在激光加速、阿秒科學、材料科學、等離子體物理、天體物理、高核醫學等領域具有重大應用價值。目前，利用啁啾脈沖放大（CPA）技術，可實現10 PW級的峰值功率輸出。但受限于增益材料的尺寸以及系統光學元件的損傷閾值，單路CPA輸出功率的進一步提升成為了瓶頸，急需發展后CPA時代的峰值功率提升新方案。
研究團隊基于前期已建立的國際領先的中紅外激光技術驗證平臺[Opt. Lett. 43, 2197 (2018); Photon. Res. 8, 421 (2020)]，在實驗上首次開展了相干合束壓縮（C+C）的峰值功率提升技術演示。中紅外激光脈沖由于其波長長，因此其合束的相對相位的穩定性更高，更不容易受外部因素的影響。研究人員將兩路光參量啁啾脈沖放大（OPCPA）輸出的大能量中紅外飛秒激光同步注入充滿惰性氣體的毛細管內，利用自相位調制光譜展寬原理，實現了峰值功率的顯著提升（相比單路注入峰值功率提升7倍）。同時，由于毛細管的模式選擇效應，這種方法有效解決的了傳統相干合束引起的遠場焦斑調制，獲得了近完美的輸出光束質量。研究人員還進一步驗證了輸出激光的時空相干性，證實了該合束方案的有效性。
所演示的“C+C”技術方案可以進一步擴展到4路以及更多路激光合束，為超強超短激光峰值功率的進一步提升提供一種有效手段。同時所發展的大能量周期量級中紅外超強超短激光為強場物理研究提供了一種高效的工具，將極大地推動相關前沿領域的發展。
超強超短激光相干合束示意圖
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