超强激光科学卓越创新简报

(第三百五十七期)

2023年2月8日

上海光机所在超强超短激光的发展趋势与技术方面取得进展

　　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与张江实验室和上海科技大学合作，在超强超短激光的发展趋势与技术方面取得进展，相关综述论文以“Further Development of the Short-Pulse Petawatt Laser: Trends, Technologies, and Bottlenecks”为题发表于Laser & Photonics Reviews，并被编辑推荐为内封面文章。

　　调Q和锁模技术的诞生实现了从连续波激光到脉冲激光的发展，使得激光峰值功率成为关注焦点。1985年Mourou和Strickland发明的啁啾脉冲放大技术（CPA）解决了短脉冲的高能放大问题，促使激光峰值功率迅速提升，世界范围内先后建成了数十台拍瓦级超强超短激光装置。1996年，美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室建成了名为Nova的首台拍瓦激光；2003年，日本原子能研究开发机构建成了名为J-KAREN的首台飞秒拍瓦激光；2017年，中国科学院上海光机所建成了名为上海超强超短激光实验装置（SULF）的首台十拍瓦激光；2019年，欧盟极端光设施位于罗马尼亚的分支也建成了另一台十拍瓦激光。2018年，中国科学院上海光机所在十拍瓦激光的基础上迅速启动了名为极端光线站（SEL）的百拍瓦激光研制工作。从目前的发展态势来看，超强超短激光从最初的吉瓦（10^9W）至太瓦（10^12W）水平发展至当下的百拍瓦（10^16W）水平几乎达到了工程极限，如果缺乏显著的技术革新或改良，很难再大幅提升激光的峰值功率。

　　以往本领域很多综述论文介绍了超强超短激光装置的发展历史、参数增长和地理分布，但很少从技术角度刨析发展脉络、判断发展方向和预估发展潜力。

　　本综述论文中，研究人员分析了提升激光峰值功率和聚焦强度的四个途径，指出“大幅减小脉冲宽度”是其中最为经济、便捷和有效的一个，未来可以满足超强超短激光的进一步发展。在此基础上，研究人员详细介绍了：1）“大幅减小脉冲宽度”的已有和潜在技术；2）二次提升激光峰值功率和聚焦强度的有效途径；3）目前和未来面临的关键瓶颈问题和解决方案。该工作有益于打破当前单纯依靠增大装置工程规模来提高激光峰值功率的发展模式，对促进超强超短激光的下一步长足发展具有重要的参考价值。

　　原文链接

超强超短激光的发展