超强激光科学卓越创新简报

(第一百二十七期)

2020年8月12日

上海光机所提出用于高能量拍瓦激光的脉冲压缩新方案

　　近期，中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室在高能量拍瓦激光的压缩组束研究上取得进展，提出了一种称为“内部分束脉冲压缩器”的新设计。相关成果发表于光学著名期刊《光学快报》【Optics Express 28（15）：22978（2020）】上。

　　高能量拍瓦（10¹⁵瓦，PW）超强激光在实验室天体物理、激光粒子加速、真空极化等重大前沿科学研究领域都有重要应用。目前，获得千焦耳量级的PW-100PW超强激光的最大瓶颈之一是需要米级尺寸和高损伤阈值的压缩光栅，而这种超大尺寸高性能压缩光栅目前国际上还难以获得。为了实现100PW的超强激光，欧盟ELI-200PW和俄罗斯的XCELS-200PW计划，及中国上海的SEL-100PW装置都采用多个独立光栅压缩器结合激光组束的方案来实现，装置复杂成本高，组束难度大。

　　研究团队利用压缩光栅损伤阈值随脉冲宽度增加而提升的特性，将传统方案中压缩器前的分束片后移到光栅压缩器内部，提出了基于“内部分束脉冲压缩”的新方案。新压缩器中两束激光可以共用第一对压缩光栅，因而去掉了第一对压缩光栅稳定性对于组束的影响，降低了最后组束的难度，并且还节省了成本，简化了装置。通过在新压缩器内部插入的空间相位补偿板，新设计还可以补偿内部大光栅引入的时空畸变（这种时空畸变不能利用压缩前后的可变形镜补偿回来），提升最终的聚焦光强。

　　新压缩器不仅可以用于在建的SEL-100PW超强激光科学装置，还可用于高能量皮秒激光，以致未来的艾瓦（10¹⁸瓦，EW）激光系统。这种设计在需要时空同步的双光束强场激光物理实验中，比如伽马光光对撞产生正负电子等研究中，具有重要价值。

　　相关工作得到了国家自然科学基金、中国科学院仪器研制项目和战略性先导科技专项（B类）等基金支持。（强场激光物理国家重点实验室供稿）

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