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近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場(chǎng)激光物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與上海科技大學(xué)合作，在突破鈦寶石超強(qiáng)超短激光“10拍瓦上限”方面取得技術(shù)進(jìn)展，相關(guān)成果以“Coherently tiled Ti:sapphire laser amplification: a way to break the 10 petawatt limit on current ultraintense lasers”為題，發(fā)表于Advanced Photonics Nexus，并被選為封面文章。

自1996年的1拍瓦“Nova”到2017年的10拍瓦“上海超強(qiáng)超短激光實(shí)驗(yàn)裝置（SULF）”、2019年的10拍瓦“歐盟極端光設(shè)施之核物理ELI-NP”，峰值功率的大幅提升得益于大口徑激光增益介質(zhì)從“釹玻璃”向“鈦寶石”的轉(zhuǎn)變，使得高能激光脈寬從約500飛秒減小至約25飛秒。然而，10拍瓦似乎是鈦寶石超強(qiáng)超短激光的峰值功率上限。目前從10拍瓦向100拍瓦發(fā)展規(guī)劃來看，國(guó)際上普遍拋棄了基于鈦寶石的啁啾脈沖放大技術(shù)Ti:sapphire-CPA，轉(zhuǎn)而采用基于DKDP非線性晶體的光參量啁啾脈沖放大技術(shù)DKDP-OPCPA。但是后者存在“泵浦-信號(hào)”轉(zhuǎn)換效率低和“時(shí)空-光譜-能量”穩(wěn)定性差等不利因素，這對(duì)超強(qiáng)超短激光的發(fā)展和應(yīng)用提出了挑戰(zhàn)；相反，前者作為已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)10拍瓦激光穩(wěn)定輸出的成熟技術(shù)，其在“后10拍瓦時(shí)代”潛力依然巨大。

圖1 拼接鈦寶石啁啾脈沖放大技術(shù)。

為突破鈦寶石超強(qiáng)超短激光的“10拍瓦上限”，本研究中，團(tuán)隊(duì)提出和驗(yàn)證了拼接鈦寶石啁啾脈沖放大技術(shù)Tiled-Ti:sapphire CPA（T-CPA），既能增大鈦寶石口徑，又能截?cái)鄼M向寄生振蕩，還能規(guī)避復(fù)雜時(shí)空控制。研究團(tuán)隊(duì)在100 太瓦級(jí)超強(qiáng)超短激光平臺(tái)上成功完成了高時(shí)空性能的實(shí)驗(yàn)演示并獲得理想結(jié)果。該工作為突破鈦寶石超強(qiáng)超短激光“10拍瓦上限”和開發(fā)百拍瓦級(jí)超強(qiáng)超短激光提供了技術(shù)手段。

圖2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果。