飛秒拍瓦級激光裝置是強場物理等前沿基礎(chǔ)研究的重要手段，國際上多個國家和地區(qū)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(xiàn)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(guān)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(wěn)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(wěn)定提供物理實驗這一核心目標(biāo)，著力解決第一階段聯(lián)機實驗中暴露的問題，系統(tǒng)總體與單元性能方面獲得了顯著提升，在現(xiàn)有泵浦參數(shù)與同步控制精度不變的情況下，通過優(yōu)化OPCPAI晶體參數(shù)與匹配結(jié)構(gòu)，在輸出能量、轉(zhuǎn)換效率、穩(wěn)定性與光束質(zhì)量方面得到顯著提升，轉(zhuǎn)換效率42.8%，穩(wěn)定性達到1.67%RMS；OPCPAII通過優(yōu)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(zhuǎn)換效率高達41.9%，為當(dāng)前報道大口徑OPCPA的最高轉(zhuǎn)換效率。在終端調(diào)靶方面，增加了真空中的監(jiān)控手段，大大提高了調(diào)靶的精度與復(fù)位精度，結(jié)合自適應(yīng)光學(xué)閉環(huán)控制，降低了系統(tǒng)的剩余殘差，808nm波長上獲得靜態(tài)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(tǒng)各部分的優(yōu)化，系統(tǒng)輸出的能量更加穩(wěn)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(xiàn)1020W/cm2量級聚焦功率密度下的穩(wěn)定輸出。（高功率激光物理聯(lián)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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