近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)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(shù)方面取得新進(jìn)展。研究團(tuán)隊提出了利用毛細(xì)管實現(xiàn)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(shù)。相關(guān)研究成果發(fā)表于《光子學(xué)研究》（Photonics Research）。

超強超短激光的出現(xiàn)與持續(xù)迅猛發(fā)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(xué)、材料科學(xué)、等離子體物理、天體物理、高核醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有重大應(yīng)用價值。目前，利用啁啾脈沖放大（CPA）技術(shù)，可實現(xiàn)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(tǒng)光學(xué)元件的損傷閾值，單路CPA輸出功率的進(jìn)一步提升成為了瓶頸，急需發(fā)展后CPA時代的峰值功率提升新方案。

研究團(tuán)隊基于前期已建立的國際領(lǐng)先的中紅外激光技術(shù)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(shù)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(wěn)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(xì)管內(nèi)，利用自相位調(diào)制光譜展寬原理，實現(xiàn)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(xì)管的模式選擇效應(yīng)，這種方法有效解決的了傳統(tǒng)相干合束引起的遠(yuǎn)場焦斑調(diào)制，獲得了近完美的輸出光束質(zhì)量。研究人員還進(jìn)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。

超強超短激光相干合束示意圖

所演示的“C+C”技術(shù)方案可以進(jìn)一步擴(kuò)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(jìn)一步提升提供一種有效手段。同時所發(fā)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(guān)前沿領(lǐng)域的發(fā)展。

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