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超強激光科學卓越創新簡報

(第一百九十七期)

2021年6月4日

上海光機所提出用于10s-100s PW激光的“分步壓縮器”新方案

  近期,中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室提出了一種“分步壓縮器”的脈沖壓縮新設計。相關成果發表于《光學快報》【Optics Express 29(11):17140(2021)】上。

  拍瓦(1015瓦,PW)超強激光在激光粒子加速乃至真空極化等前沿科學研究中有重要應用。目前,獲得10s-100s PW超強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,研究團隊在之前的研究基礎上,進一步考慮激光時空特性,提出了“分步壓縮器(MPC)”的新設計。新的設計思想有點類似啁啾脈沖放大技術(CPA),CPA是將晶體損傷矛盾轉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。這個MPC的新設計,則是將壓縮光柵損傷的矛盾轉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最高能量的輸入輸出,并在前后增加預壓縮與后壓縮來專門解決時空特性問題。

  采用當前可獲得最大尺寸光柵,理論上MPC新設計可實現單束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。新設計不僅簡化了裝置,可節省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實現難度。MPC設計不僅可以用于在建的SEL-100PW超強激光科學裝置,還可用于已有拍瓦激光系統,乃至未來的數百拍瓦及艾瓦激光系統。

  相關工作得到了國家自然科學基金、中國科學院儀器研制項目和戰略性先導科技專項(B類)等基金支持。(強場激光物理國家重點實驗室供稿)

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圖1 CPA與MPC方法思想對比圖

圖2 MPC方法的原理圖

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