近日，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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提出一種“分步壓縮器”的脈沖壓縮新設(shè)計(jì)，相關(guān)研究成果發(fā)表在《光學(xué)快報(bào)》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，科研人員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，科研人員基于前期研究，進(jìn)一步考慮激光時(shí)空特性，提出了“分步壓縮器（MPC）”的新設(shè)計(jì)。新的設(shè)計(jì)思想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(shí)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(shí)現(xiàn)。該MPC的新設(shè)計(jì)則是將壓縮光柵損傷的矛盾轉(zhuǎn)移到脈沖時(shí)空特性上，讓四光柵壓縮器的激光時(shí)空特性可實(shí)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(shí)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(jì)可實(shí)現(xiàn)單束100PW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(jì)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，還大幅度降低了100PW實(shí)現(xiàn)難度。MPC設(shè)計(jì)不僅可以用于在建的SEL-100 PW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

研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院儀器研制項(xiàng)目和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）等的支持。

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