近期，中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室研究團隊在100PW激光係統色散控製的研究方麵取得了新進展，相關(guan) 成果以“Dispersion management for a 100 PW level laser using a mismatched-grating compressor”為(wei) 題發表在High Power Laser Science and Engineering。

早在1997年Kane和Squier就提出了非匹配光柵壓縮器。與(yu) 傳(chuan) 統的Treacy壓縮器不同，非匹配光柵壓縮器引入了一個(ge) 額外的可變參數—光柵刻線密度。通過優(you) 化展寬器-壓縮器中的光柵對間距和入射角的失配，可以實現二階色散(GDD)和三階色散(TOD)的補償(chang) ；通過優(you) 化展寬器-壓縮機中光柵刻線密度的失配，可以實現四階色散(FOD)的補償(chang) 。因此，非匹配光柵壓縮器可以實現GDD、TOD和FOD的同時補償(chang) ，從(cong) 而獲得近傅裏葉變換極限(FTL)的壓縮脈衝(chong) 。然而，之前基於(yu) 非匹配光柵壓縮器的兩(liang) 個(ge) PW級飛秒激光器的實驗結果並不理想，壓縮脈寬僅(jin) 有~30 fs，與(yu) FTL值相差甚遠。這主要是受到當時光柵種類的限製，上述兩(liang) 種激光器采用的光柵沒有配備最優(you) 的刻線密度。隨著光柵製造技術的發展，目前可以定製任意槽密度的光柵，這也使得非匹配光柵壓縮器具有良好的色散管理潛力。但作為(wei) 一種被動色散管理方法，非匹配光柵壓縮器在實際應用中的可行性仍不確定。

本研究團隊充分研究了非匹配光柵壓縮器的色散特性，並在理論上證明了其在100PW激光係統中的色散控製優(you) 勢。數值結果表明，基於(yu) 非匹配光柵壓縮器的SEL-100PW激光係統（啁啾脈衝(chong) 持續時間~4 ns，頻譜帶寬~210 nm）可以實現小於(yu) 13fs的近FTL壓縮脈衝(chong) 。此外，研究團隊還全麵深入地研究了非匹配光柵壓縮器的容忍度，包括：對展寬器校準誤差的容忍度、對光柵刻線密度誤差的容忍度、以及對激光係統中材料色散誤差的容忍度。數值結果表明，通過平衡激光係統中的殘餘(yu) GDD、TOD和FOD，非匹配光柵壓縮器在上述三個(ge) 方麵都可以實現良好的容忍度，並實現近FTL壓縮脈衝(chong) 輸出。本工作證明了非匹配光柵壓縮器的良好容忍度，為(wei) 其實際應用提供了重要支撐，為(wei) 100PW激光器的設計和製造提供了有意義(yi) 的指導。

圖1.數值模擬的100PW激光放大光譜和基於(yu) 非匹配光柵壓縮器的輸出脈衝(chong) 。

圖2.材料色散和光柵刻線密度同時存在誤差時，基於(yu) 非匹配光柵壓縮器的輸出脈衝(chong) 寬度(a)和容忍度(b)。

相關(guan) 工作得到了國家重點研發計劃、中國科學院戰略性先導科技專(zhuan) 項、上海市科技重大專(zhuan) 項的支持。

相關(guan) 鏈接：https://dx.doi.org/10.1017/hpl.2022.29