日前，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場激光物理國家重點實驗室提出了一種“分步壓縮器”的脈沖壓縮新設(shè)計。相關(guān)成果發(fā)表于《光學(xué)快報》【Optics Express 29(11):17140(2021)】上。

拍瓦（10¹⁵瓦，PW）超強(qiáng)激光在激光粒子加速乃至真空極化等前沿科學(xué)研究中有重要應(yīng)用。目前，獲得10s-100s PW超強(qiáng)激光的最大瓶頸是受限于壓縮光柵的尺寸與損傷閾值。

2020年，團(tuán)隊利用光柵損傷閾值隨脈沖寬度增加而增加的特性，提出了“內(nèi)部分束壓縮器”【Optics Express 28(15):22978(2020)】降低了壓縮組束的難度。最近，研究團(tuán)隊在之前的研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮激光時空特性，提出了“分步壓縮器(MPC)”的新設(shè)計。新的設(shè)計思想有點類似啁啾脈沖放大技術(shù)（CPA），CPA是將晶體損傷矛盾轉(zhuǎn)移到激光時域來解決，通過在放大前后分別增加展寬器與壓縮器專門解決脈沖的寬度問題來實現(xiàn)。這個MPC的新設(shè)計，則是將壓縮光柵損傷的矛盾轉(zhuǎn)移到脈沖時空特性上，讓四光柵壓縮器的激光時空特性可實現(xiàn)最高能量的輸入輸出，并在前后增加預(yù)壓縮與后壓縮來專門解決時空特性問題。

采用當(dāng)前可獲得最大尺寸光柵，理論上MPC新設(shè)計可實現(xiàn)單束100 PW激光壓縮輸出，突破了壓縮光柵對峰值功率提升的階段限制。新設(shè)計不僅簡化了裝置，可節(jié)省12塊米級光柵等大量大口徑昂貴元件，最重要的是大大降低了100PW實現(xiàn)難度。MPC設(shè)計不僅可以用于在建的SEL-100PW超強(qiáng)激光科學(xué)裝置，還可用于已有拍瓦激光系統(tǒng)，乃至未來的數(shù)百拍瓦及艾瓦激光系統(tǒng)。

圖1.CPA與MPC方法思想對比圖

圖2.MPC方法的原理圖

相關(guān)工作得到了國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院儀器研制項目和戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（B類）等基金支持。

原文鏈接：https://doi.org/10.1364/OE.424356