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超强激光科学卓越创新简报

(第六百七十三期)

2025年6月26日

上海光机所在100 PW级超强超快激光脉冲压缩技术方面取得重要进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所超强激光科学与技术全国重点实验室在100 PW级超强超快激光脉冲压缩技术研究中取得重要进展。研究团队依托上海超强超短激光实验装置（SULF）10 PW激光系统验证了“全口径光栅压缩器”的可行性，为实现单路100 PW级超强超快激光提供了关键技术支撑。相关研究成果以“Spatiotemporal characteristics investigation of full-aperture grating compressor for 100 PW level super-intense ultrafast lasers”为题，发表在Ultrafast Science上，并被选为杂志2025年第三期“封面论文”。

超强超快激光是研究极端物理现象的核心工具之一，能为物理研究提供超高峰值功率的极端实验条件。传统光栅压缩器中，光栅口径的限制已成为提升输出激光峰值功率的关键瓶颈之一。研究团队前期提出的新型全口径光栅压缩器构型，通过优化压缩光栅表面的激光分布，可实现光栅工作面的高效利用，从而显著提升光栅压缩器对激光能量的承载能力。

本研究在SULF-10 PW激光系统上开展的模拟和实验表明，全口径光栅压缩器输出脉冲的时域和空域特性与传统压缩器相当，相关结果有效验证了全口径光栅压缩器的可行性。研究团队还理论模拟了基于全口径光栅压缩器的SEL-100PW激光。结果表明，利用上海光机所正在研制的大尺寸（1070 mm×1620 mm）脉冲压缩光栅，可实现单路1220 J / 11.3 fs（>100 PW）的超强超快激光脉冲，且全口径光栅压缩器导致的光谱剪切并不会对远场聚焦质量产生明显影响。全口径光栅压缩器不仅为单路100 PW的激光装置的建设提供可靠技术方案，还能广泛应用于现有同类激光装置的峰值功率升级，具有显著的工程意义与学术价值。

相关工作得到了国家重点研发计划、基金委超强激光物理基础科学中心、中国科学院B类先导专项、国际科技合作项目、“一带一路”国际合作等项目的支持。

原文链接

图1. 全口径光栅压缩器原理图

图2. SEL-100 PW激光的模拟结果。(a) 830 mm×830 mm近场光斑，(b) 4 m焦距OAP的远场焦斑，(c) 远场脉宽分布，等效脉宽11.3 fs。

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