近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所研究員劉軍研究團隊與俄羅斯科學(xué)院科研人員合作，在提高超高峰值功率激光器輸出能量閾值研究方面取得進展。
超強超短脈沖激光的出現(xiàn)極大促進了強場與物質(zhì)相互作用的強場激光物理領(lǐng)域發(fā)展。對于具有超高峰值功率的拍瓦級激光裝置，其聚焦強度范圍大多在1019 -1021W/cm2，可以被廣泛應(yīng)用于x-/γ-射線產(chǎn)生、等離子物理和粒子加速等領(lǐng)域。為了研究放射反應(yīng)和等離子體中的量子電動力學(xué)效應(yīng)，甚至要求激光聚焦強度達(dá)到1022 -1024W/cm2，這意味著需要峰值功率達(dá)到數(shù)百拍瓦的激光功率輸出。因此，如何進一步提升拍瓦激光器輸出峰值功率是當(dāng)前研究的前沿。
光柵的損傷閾值和光斑空間調(diào)制度是限制高峰值功率激光輸出的關(guān)鍵因素。近年有研究表明，在CPA裝置的壓縮器中對光斑引入空間色散、進行空間勻滑可以有效提高最終輸出峰值功率。研究團隊提出使用二維勻滑壓縮器來引入橫向和縱向空間色散的方案，對出射光斑的空間強度分布進行了二維勻滑，大大提高了輸出峰值功率上限。仿真結(jié)果表明，二維勻滑壓縮器（DSGC）具有更好的勻滑能力，尤其是對于半徑大于5 mm的熱點，能夠有效降低其空間調(diào)制度。研究團隊利用小型DSGC對從放大器出射的未補償脈沖進行了壓縮。實驗結(jié)果證明，DSGC不僅具有和其他壓縮器相同的時域壓縮能力，且能夠明顯降低近場光斑的峰值-平均強度比，實現(xiàn)了1.74倍的出射能量提升。此外，通過對聚焦點的光斑分布進行測量，證明了DSGC對遠(yuǎn)場光斑質(zhì)量幾乎沒有影響。
在實際工程應(yīng)用中，DSGC無需任何其他光學(xué)元件，可僅僅靠改變壓縮器結(jié)構(gòu)實現(xiàn)光斑勻滑，提高光柵利用效率，提升輸出脈沖能量，在超高峰值功率激光裝置上具有重要應(yīng)用前景。
相關(guān)研究成果以Ultrahigh-peak-power laser pulse compression by double-smoothing grating compressor為題，發(fā)表于《高功率激光科學(xué)與工程》（High Power Laser Science and Engineering）。研究工作得到國家自然科學(xué)基金的支持。
仿真結(jié)果
實驗結(jié)果
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