近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場(chǎng)激光物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提出一種“分步壓縮器”的脈沖壓縮新設(shè)計(jì)，相關(guān)研究成果發(fā)表在《光學(xué)快報(bào)》上。

　　拍瓦（10¹⁵瓦，PW）超強(qiáng)激光在激光粒子加速乃至真空極化等前沿科學(xué)研究中有重要應(yīng)用。目前，獲得10s-100s PW超強(qiáng)激光的最大瓶頸是受限于壓縮光柵的尺寸與損傷閾值。2020年，科研人員利用光柵損傷閾值隨脈沖寬度增加而增加的特性，提出了“內(nèi)部分束壓縮器”[Optics Express 28(15):22978(2020)]，降低了壓縮組束的難度。最近，科研人員基于前期研究，進(jìn)一步考慮激光時(shí)空特性，提出了“分步壓縮器（MPC）”的新設(shè)計(jì)。新的設(shè)計(jì)思想類似啁啾脈沖放大技術(shù)（CPA），CPA是將晶體損傷矛盾轉(zhuǎn)移到激光時(shí)域來(lái)解決，通過(guò)在放大前后分別增加展寬器與壓縮器專門解決脈沖的寬度問(wèn)題來(lái)實(shí)現(xiàn)。該MPC的新設(shè)計(jì)則是將壓縮光柵損傷的矛盾轉(zhuǎn)移到脈沖時(shí)空特性上，讓四光柵壓縮器的激光時(shí)空特性可實(shí)現(xiàn)最高能量的輸入輸出，并在前后增加預(yù)壓縮與后壓縮來(lái)專門解決時(shí)空特性問(wèn)題。

　　采用當(dāng)前可獲得最大尺寸光柵，理論上MPC新設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)單束100PW激光壓縮輸出，突破了壓縮光柵對(duì)峰值功率提升的階段限制。新設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了裝置，可節(jié)省12塊米級(jí)光柵等大量大口徑昂貴元件，還大幅度降低了100PW實(shí)現(xiàn)難度。MPC設(shè)計(jì)不僅可以用于在建的SEL-100 PW超強(qiáng)激光科學(xué)裝置，還可用于已有拍瓦激光系統(tǒng)，乃至未來(lái)的數(shù)百拍瓦及艾瓦激光系統(tǒng)。

　　研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院儀器研制項(xiàng)目和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）等的支持。

圖1.CPA與MPC方法思想對(duì)比圖

圖2.MPC方法的原理圖