中科院上海光機(jī)所強(qiáng)場激光物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室最近在拍瓦（千萬億瓦,PW）超強(qiáng)超短激光研究方面取得重要進(jìn)展。拍瓦超強(qiáng)超短激光能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)創(chuàng)造出前所未有的超強(qiáng)電磁場、超高能量密度和超快時(shí)間尺度綜合性極端物理?xiàng)l件，在激光加速、激光聚變、阿秒科學(xué)、天體物理、核物理、高能物理、原子分子物理、核醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有重大應(yīng)用價(jià)值，是國際激光科技競爭前沿之一。國際上多個(gè)國家提出了大型超強(qiáng)超短激光裝置研究計(jì)劃，其中，Extreme Light Infrastructure （ELI）計(jì)劃被歐盟納入其大科學(xué)裝置發(fā)展路線圖，目標(biāo)是發(fā)展200PW級超強(qiáng)超短激光裝置，并計(jì)劃于2017年建成10PW超強(qiáng)超短激光用戶裝置，開創(chuàng)激光與物質(zhì)相互作用研究與應(yīng)用的新時(shí)代。英國和法國也正在開展10PW超強(qiáng)超短激光裝置的研制工作。美、俄、日本等國也紛紛提出了各自的200PW級超強(qiáng)超短激光裝置研究計(jì)劃。 

上海光機(jī)所強(qiáng)場激光物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基于在超強(qiáng)超短激光領(lǐng)域二十余年的研究積累與技術(shù)基礎(chǔ)，正在研制10PW級超強(qiáng)超短激光裝置。該裝置以高對比度啁啾脈沖放大鏈和光學(xué)參量啁啾脈沖終端放大器相結(jié)合的混合放大器方案為總體技術(shù)路線，利用了啁啾脈        沖放大技術(shù)（CPA）的高穩(wěn)定性和高轉(zhuǎn)換效率，以及光學(xué)參量啁啾脈沖放大技術(shù)（OPCPA）的無橫向寄生振蕩、無熱效應(yīng)、B積分小等優(yōu)點(diǎn)，充分發(fā)揮CPA和OPCPA兩種激光放大技術(shù)的優(yōu)勢，2013年首次在實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了CPA/OPCPA混合放大器方案[Optics Letters 38,4837,(2013)],實(shí)現(xiàn)0.61PW激光脈沖輸出，2014年10月又進(jìn)一步將輸出能力升級到1PW。這是目前國際上基于OPCPA放大器獲得的最高激光脈沖能量和最高峰值功率，驗(yàn)證了CPA/OPCPA混合放大器作為10PW級超強(qiáng)超短激光裝置總體技術(shù)路線的可行性。 

      該激光裝置主要包括基于鈦寶石晶體的800nm波段寬帶高信噪比CPA放大鏈、基于三硼酸鋰（LBO）晶體的OPCPA終端放大器和激光脈沖壓縮器等幾個(gè)模塊。高信噪比CPA前端采用交叉偏振波脈沖凈化（XPW）技術(shù)，將激光脈沖的信噪比提高到10-11量級，經(jīng)CPA多通放大到數(shù)焦耳量級后，注入到終端OPCPA放大器中，采用口徑為100mm×100mm的LBO晶體和非共線相位匹配模式，在脈沖能量為169J的時(shí)空近平頂分布的釹玻璃倍頻激光泵浦下，通過優(yōu)化泵浦光和信號光的注入條件，最終獲得45.3J的放大輸出，轉(zhuǎn)換效率接近27%，放大光譜全寬約80nm，壓縮脈寬為32.0fs，壓縮后單脈沖能量32.6J，對應(yīng)峰值功率1.0PW。該結(jié)果表明基于LBO的OPCPA放大器能夠在800nm附近、大口徑、高通量下實(shí)現(xiàn)寬帶、高轉(zhuǎn)換效率的放大，為基于CPA/OPCPA混合放大技術(shù)路線的10PW超強(qiáng)超短激光裝置的研制奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。 

圖1. OPCPA主放大器輸出隨泵浦能量的變化曲線

圖2.壓縮后激光脈沖波形