中科院上海光機(jī)所強(qiáng)場(chǎng)激光物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室最近研制成功5拍瓦（1拍瓦=1015瓦）超強(qiáng)超短激光放大系統(tǒng)，這是迄今國際最高峰值功率的激光放大系統(tǒng)，為研制10拍瓦超強(qiáng)超短激光裝置奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果作為亮點(diǎn)文章近日發(fā)表于國際光學(xué)領(lǐng)域著名期刊Optics Letters（光學(xué)快報(bào)）。
拍瓦級(jí)超強(qiáng)超短激光能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)創(chuàng)造出前所未有的超強(qiáng)電磁場(chǎng)、超高能量密度和超快時(shí)間尺度綜合性極端物理?xiàng)l件，在臺(tái)式化加速器、阿秒科學(xué)、超快化學(xué)、材料科學(xué)、激光聚變、核物理與核醫(yī)學(xué)、高能物理等領(lǐng)域有重大應(yīng)用價(jià)值，國際上多個(gè)國家投入巨資和人力大力發(fā)展超強(qiáng)超短激光裝置，展開激烈競爭。歐盟2012年正式啟動(dòng)ELI計(jì)劃，投入總經(jīng)費(fèi)8.5億歐元，目標(biāo)是建立數(shù)臺(tái)10拍瓦超強(qiáng)超短激光用戶裝置。英國和法國也正在研制類似的10拍瓦超強(qiáng)超短激光裝置。美國、俄羅斯、日本、韓國等也提出了10拍瓦乃至更高量級(jí)峰值功率的超強(qiáng)超短激光裝置研究計(jì)劃。今年9月底法國Apollon （名字來自希臘神話中的阿波羅太陽神）激光項(xiàng)目啟動(dòng)。據(jù)悉，該項(xiàng)目確定的第一個(gè)里程碑是在2017年實(shí)現(xiàn)5拍瓦，并爭取于2018年實(shí)現(xiàn)10拍瓦輸出。
上海光機(jī)所強(qiáng)場(chǎng)激光物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究人員基于鈦寶石晶體和啁啾脈沖放大（CPA）技術(shù)，解決了寄生振蕩抑制等核心科技問題，于2013年研制成功2拍瓦超強(qiáng)超短激光放大系統(tǒng)，為當(dāng)時(shí)國際最高峰值功率的激光放大系統(tǒng)。近年又進(jìn)一步發(fā)展了新型主動(dòng)寄生振蕩抑制技術(shù)，采用150毫米口徑鈦寶石晶體作為放大介質(zhì)，首次實(shí)現(xiàn)了百焦耳以上能量水平的寬帶（70納米）激光放大輸出。對(duì)輸出激光光束取樣壓縮后脈沖寬度為27飛秒，壓縮器效率72%，若采用大口徑壓縮器則可獲得5.13拍瓦脈沖輸出。該激光放大系統(tǒng)是目前國際最高峰值功率的激光放大系統(tǒng)。大口徑高增益鈦寶石放大器寄生振蕩抑制技術(shù)的成功突破，為研制基于鈦寶石CPA放大的10拍瓦激光裝置奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。
據(jù)介紹，該激光系統(tǒng)采用基于鈦寶石晶體的800納米波段寬帶CPA結(jié)構(gòu)。高信噪比CPA前端采用交叉偏振波（XPW）脈沖凈化技術(shù)，將激光脈沖的信噪比提高到10-11量級(jí)，經(jīng)CPA多通放大到35焦耳量級(jí)后，注入到采用直徑為150毫米的鈦寶石晶體的終端大口徑CPA放大器中，通過精密控制泵浦光與信號(hào)光的時(shí)間同步精度，以及雙路泵浦光的同步延時(shí)，并優(yōu)化泵浦激光脈沖和信號(hào)激光脈沖的強(qiáng)度，有效抑制了高能量泵浦下，大口徑鈦寶石晶體中的寄生振蕩效應(yīng)，在脈沖能量為312焦耳的釹玻璃倍頻激光泵浦下，獲得192.3焦耳的放大輸出，轉(zhuǎn)換效率超過50%。
這項(xiàng)重要研究進(jìn)展得到國際同行學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注，上海光機(jī)所李儒新研究員此前應(yīng)邀在第十一屆環(huán)太平洋激光與電光國際會(huì)議上作大會(huì)報(bào)告，介紹這一重要研究成果。李儒新表示，超強(qiáng)超短激光用戶裝置的建設(shè)已被列入上海市建設(shè)具有全球影響力的科技創(chuàng)新中心的戰(zhàn)略部署，未來將作為上海張江綜合性國家科學(xué)中心打造高度集聚的世界級(jí)重大科技基礎(chǔ)設(shè)施群的重要組成部分。
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