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超强激光科学卓越创新简报

(第五百四十七期)

2024年9月5日

上海光机所提出基于非对称光栅压缩器助力100拍瓦建设的新方案

近日，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，在关于拍瓦激光装置中的压缩器优化研究中取得新的进展，相关研究成果以“Viability verification of asymmetric four-grating compressor in SEL-100 PW frontend”为题发表于Optics Communications。

目前，尽管全球范围内多个高功率激光系统正在建设或规划中，然而由于高昂的成本和复杂的技术挑战，尤其是超高能量密度极其容易损坏光学元件，相关进展受到了一定程度的制约。在所有的光学元件中，压缩器光栅因其成本高、制造工艺难、易损伤，成为当代拍瓦激光系统中最为脆弱的环节之一。此外,由于压缩器前的光斑具有不均匀的空间特性，即激光空间强度调制，光斑局部的强度可能高达平均强度的2倍，为了不损伤光栅压缩器，激光能量一般设置在光栅损伤阈值的一半。因此，为了提升输出激光能量，可以从降低激光空间调制入手。

研究团队近期提出了多步脉冲压缩的方案，通过空间色散来匀滑光斑，从而降低空间调制。基于SEL-100 PW前端，团队对非对称光栅压缩器引入空间色散来匀滑光斑的方法进行了实验验证。该实验是首次在中心波长约925 nm、超200 nm宽光谱带宽的条件下开展的多步脉冲压缩实验，旨在探索空间色散对超高功率激光系统时空特性的影响。实验中，研究人员引入了不同程度的空间色散（0 mm、5 mm、10 mm、20 mm），并在补偿等量时间啁啾的情况下，对输出激光的光束特性进行了详细分析。结果表明，非对称光栅压缩器的方法能够有效匀滑激光光束，提高脉冲能量容量并增强压缩器的运行安全性。同时，实验还显示，引入的空间色散几乎不影响时域对比度和聚焦光斑的尺寸。这一研究成果不仅为拍瓦激光系统的优化设计提供了重要的实验依据，也有助于未来超高功率激光技术的发展。

相关研究得到了上海市自然科学基金、国家自然科学基金、上海市科技重大专项的支持。

原文链接

图1 实验示意图

图2 脉宽与对比度。（a）：脉宽对比；（b）：对比度对比。FGC、AFGC-3分别是空间色散为0、13 mm光束。

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