5拍瓦超强超短激光放大系统研制成功

上海科学网11月23日电(记者黄鑫)中国科学院上海光学与机械研究所强场激光物理国家重点实验室近日研制出5瓦(1瓦=1015瓦)超强超短激光放大系统，这是迄今为止世界上最高峰值功率的激光放大系统，为研制10瓦超强超短激光器件奠定了重要的技术基础。相关的研究成果最近发表在光学领域著名的国际期刊《光学快报》上。

拍瓦超短激光可以在实验室中创造前所未有的超强电磁场、超高能量密度和超快时间尺度的综合极端物理条件。它在桌面加速器、阿秒科学、超快化学、材料科学、激光聚变、核物理和核医学、高能物理等领域有很大的应用价值。世界上许多国家都投入了巨额资金和人力，大力发展超短激光器件，并展开了激烈的竞争。欧盟在2012年正式启动了欧洲投资促进计划，总投资为8.5亿欧元。目标是建立几个10瓦超强超短激光用户设备。英国和法国也在开发类似的10拍瓦超短激光设备。美国、俄罗斯、日本、韩国等。还提出了峰值功率为10拍瓦或更高的超强超短激光设备的研究计划。今年9月底，法国阿波罗激光项目启动。据悉，该项目的第一个里程碑是在2017年达到5百特瓦，并力争在2018年达到10百特瓦的产量。

上海光机所强场激光物理国家重点实验室的研究人员，基于钛宝石晶体和啁啾脉冲放大技术，解决了寄生振荡抑制等核心科技问题。2013年，他们成功开发了2拍瓦超强超短激光放大系统，这是当时世界上最高峰值功率的激光放大系统。近年来，一种新型的有源寄生振荡抑制技术得到了进一步发展。首次采用直径为150 mm的钛宝石晶体作为放大介质，实现了能级高于100焦耳的宽带(70纳米)激光放大输出。对输出激光束进行采样和压缩后，脉冲宽度为27飞秒，压缩器效率为72%。如果使用大口径压缩机，可以获得5.13拍瓦的脉冲输出。激光放大系统是目前世界上最高峰值功率的激光放大系统。大直径高增益钛宝石放大器寄生振荡抑制技术的成功突破，为研制基于钛宝石CPA放大的10拍瓦激光器件奠定了重要的技术基础。

据介绍，该激光系统采用基于钛宝石晶体的800 nm宽带CPA结构。高信噪比CPA前端采用交叉极化波(XPW)脉冲净化技术，将激光脉冲的信噪比提高到10-11的数量级，通过CPA多程放大将信噪比放大到35焦耳的数量级， 通过精确控制泵浦光和信号光的时间同步精度和双向泵浦光的同步延迟，优化泵浦激光脉冲和信号激光脉冲的强度，有效抑制大口径钛宝石晶体在高能泵浦下的寄生振荡效应， 在312焦耳脉冲能量的钕玻璃倍频激光泵浦下，获得了192.3焦耳的放大输出，转换效率超过50%。

这一重要的研究进展受到了国际同行学术界的高度重视。此前，上海光学与电子研究所研究员李如新应邀在第11届环太平洋激光与电光国际会议上做会议报告，介绍这一重要研究成果。李如新表示，建设超强超短激光用户设备已被纳入上海建设具有全球影响力的科技创新中心的战略规划，并将成为上海张江综合国家科学中心未来建设高度集中的世界级重大科技基础设施群的重要组成部分。