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超强激光科学卓越创新简报

(第七百四十七期)

2026年1月22日

上海光机所在艾瓦级激光脉冲压缩时空耦合方面取得进展

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与俄罗斯科学院应用物理研究所合作，在艾瓦级激光脉冲压缩时空耦合方面取得进展，相关成果以“Two-grating compressor for sub-exawatt lasers: Optimal design for highest focal intensity”为题，发表于Matter and Radiation at Extreme。

艾瓦激光指峰值功率达到10¹⁸瓦的超强超短脉冲激光，代表了人类下一阶段可实现的最高峰值功率，为探索极端物理条件下的前沿科学提供了实验平台。面向中国与俄罗斯规划建设的艾瓦级激光装置，以突破峰值聚焦光强为关键目标。研究团队构建了完整的数学解析模型和改进的数值仿真算法，系统对比了双光栅与四光栅压缩器在不同光栅表面粗糙度下的时空耦合畸变效应，为实现最高聚焦光强与指导工程实践提供了重要理论支撑。另外，研究团队在国际上率先揭示了压缩器光栅面型会引发超强超短激光时空耦合畸变，并导致聚焦光强下降的物理机理（Appl. Phys. Express 10, 102702 (2017)和Opt. Express 26, 8453 (2018)）。这一发现在国内外引发了广泛的后续研究。

本研究表明，当光栅表面均方根粗糙度低于10纳米时，对聚焦光强的影响可忽略不计，这为超强超短激光系统的米量级光栅制造提供了重要依据。相比于四光栅压缩器，双光栅压缩器在配合变形镜后，可有效补偿光栅大尺度表面误差引起的时空耦合畸变，同时压缩器具备结构简单、成本低廉、调试方便等优势。本研究为艾瓦级激光装置，特别是压缩器设计与光栅制备提供了理论指导和工程参考。

该工作得到了国家自然科学基金委重大仪器项目和基础科学中心项目的支持。

原文链接

图1 双光栅压缩器中不同形式光栅面型引起的时空耦合畸变效应

图2 聚焦光强斯特利尔比随光栅表面均方根粗糙度的变化

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