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與(yu) 張江實驗室和上海科技大學合作,在超強超短激光的發展趨勢與(yu) 技術方麵取得進展,相關(guan) 綜述論文以“Further Development of the Short-Pulse Petawatt Laser: Trends, Technologies, and Bottlenecks”為(wei) 題發表於(yu) Laser & Photonics Reviews,並被編輯推薦為(wei) 內(nei) 封麵文章。
調Q和鎖模技術的誕生實現了從(cong) 連續波激光到脈衝(chong) 激光的發展,使得激光峰值功率成為(wei) 關(guan) 注焦點。1985年Mourou和Strickland發明的啁啾脈衝(chong) 放大技術(CPA)解決(jue) 了短脈衝(chong) 的高能放大問題,促使激光峰值功率迅速提升,世界範圍內(nei) 先後建成了數十台拍瓦級超強超短激光裝置。1996年,美國勞倫(lun) 斯·利弗莫爾國家實驗室建成了名為(wei) Nova的首台拍瓦激光;2003年,日本原子能研究開發機構建成了名為(wei) J-KAREN的首台飛秒拍瓦激光;2017年,中國科學院上海光機所建成了名為(wei) 上海超強超短激光實驗裝置(SULF)的首台十拍瓦激光;2019年,歐盟極端光設施位於(yu) 羅馬尼亞(ya) 的分支也建成了另一台十拍瓦激光。2018年,中國科學院上海光機所在十拍瓦激光的基礎上迅速啟動了名為(wei) 極端光線站(SEL)的百拍瓦激光研製工作。從(cong) 目前的發展態勢來看,超強超短激光從(cong) 最初的吉瓦(10^9W)至太瓦(10^12W)水平發展至當下的百拍瓦(10^16W)水平幾乎達到了工程極限,如果缺乏顯著的技術革新或改良,很難再大幅提升激光的峰值功率。
以往本領域很多綜述論文介紹了超強超短激光裝置的發展曆史、參數增長和地理分布,但很少從(cong) 技術角度刨析發展脈絡、判斷發展方向和預估發展潛力。
本綜述論文中,研究人員分析了提升激光峰值功率和聚焦強度的四個(ge) 途徑,指出“大幅減小脈衝(chong) 寬度”是其中最為(wei) 經濟、便捷和有效的一個(ge) ,未來可以滿足超強超短激光的進一步發展。在此基礎上,研究人員詳細介紹了:1)“大幅減小脈衝(chong) 寬度”的已有和潛在技術;2)二次提升激光峰值功率和聚焦強度的有效途徑;3)目前和未來麵臨(lin) 的關(guan) 鍵瓶頸問題和解決(jue) 方案。該工作有益於(yu) 打破當前單純依靠增大裝置工程規模來提高激光峰值功率的發展模式,對促進超強超短激光的下一步長足發展具有重要的參考價(jia) 值。
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