在CPA或OPCPA係統中通過啁啾脈衝(chong) 能量放大持續提升脈衝(chong) 峰值功率的方式，使得超強超短激光裝置的建造成本、占地規模、運行效率以及能耗等問題日益凸顯。同時，激光增益介質的尺寸以及光柵的損傷(shang) 閾值等問題也將極大地製約超高峰值功率激光的發展。如何更經濟、更有效地提升脈衝(chong) 峰值功率，已成為(wei) 本領域亟需解決(jue) 的重大科學問題。有別於(yu) 常規CPA和OPCPA技術，脈衝(chong) 後壓縮技術是通過非線性壓縮方案進一步縮短脈衝(chong) 寬度而非增加脈衝(chong) 能量來提升脈衝(chong) 峰值功率，該技術有望克服上述問題，為(wei) 發展超高峰值功率激光提供更為(wei) 經濟有效的技術途徑。

大能量飛秒脈衝(chong) 後壓縮技術在近年來獲得了顯著的研究進展，但麵向實際應用仍需解決(jue) 若幹關(guan) 鍵技術問題，其一就是空間小尺寸自聚焦問題。空間小尺寸自聚焦會(hui) 使得局域光強急劇增加，嚴(yan) 重損害光束質量並造成光學元件損傷(shang) ，是當前限製脈衝(chong) 後壓縮技術發展和應用的瓶頸問題。因此，麵向超高峰值功率激光的重要發展趨勢，創新發展脈衝(chong) 後壓縮技術並克服空間小尺寸自聚焦問題，具有重要的科學意義(yi) 和應用價(jia) 值。

近日，上海光機所強場激光物理國家重點實驗室提出了一種基於(yu) 非對稱四光柵壓縮器的新型脈衝(chong) 後壓縮方案。通過數值研究證明，在利用非對稱四光柵壓縮器完成放大脈衝(chong) 壓縮的同時引入適量空間色散，可有效改善高峰值功率飛秒激光的空間強度均勻性。勻滑後的30 fs激光脈衝(chong) 在通過熔融石英薄片獲得非線性光譜展寬的同時，空間小尺寸自聚焦也得到了明顯的抑製，最後利用啁啾鏡將激光脈衝(chong) 進一步壓縮到9 fs，使得脈衝(chong) 峰值功率獲得顯著提升。

成果發表在High Power Laser Science and Engineering 2024年第4期的文章(Shuren Pan, Fenxiang Wu, Yang Zhao, Jiabing Hu, Zongxin Zhang, Yi Xu, Yuxin Leng, Ruxin Li, Efim Khazanov, "A novel small-scale self-focusing suppression method for post-compression in high peak power lasers," High Power Laser Sci. Eng. 12, 04000e49 (2024))。

圖1 傳(chuan) 統與(yu) 新型脈衝(chong) 後壓縮方案結構圖

該新型脈衝(chong) 後壓縮方案的結構如圖1所示，包括非對稱四光柵壓縮器（G₁’，G₂，G₃，G₄’，L₁ ≠ L₂）、熔融石英薄片和脈衝(chong) 再壓縮裝置（啁啾鏡）。常規四光柵壓縮器（G₁，G₂，G₃，G₄，L₁ = L₂）和非對稱四光柵壓縮器輸出脈衝(chong) 及脈衝(chong) 經光譜展寬後的光通量分布分別如圖2所示。顯然，非對稱四光柵壓縮器實現了很好的光束勻滑，並有效抑製了光譜展寬過程中的小尺寸自聚焦。

圖2 常規四光柵壓縮器（a）輸出脈衝(chong) 光通量分布及（b）脈衝(chong) 經非線性光譜展寬後的局部光通量分布；非對稱四光柵壓縮器（c）輸出脈衝(chong) 光通量分布及（d）脈衝(chong) 經非線性光譜展寬後脈衝(chong) 的局部光通量分布

對於(yu) 現有的脈衝(chong) 後壓縮技術，抑製空間小尺寸自聚焦問題的方法通常有兩(liang) 種。一是通過間隔式排列多級固體(ti) 薄片實現光束的空間自濾波，但往往需要很長的自濾波距離才能達到較好的抑製效果，因此實際應用比較困難，尤其是對於(yu) 高峰值功率激光器；二是引入空間濾波器消除光束空間高頻噪聲，但對於(yu) 寬帶的高峰值功率激光，空間濾波器設計複雜且研製成本較高。本工作創新性地將非對稱四光柵壓縮器和脈衝(chong) 後壓縮技術進行了有機結合，在無需增加激光裝置元器件和建造成本的條件下，有效抑製了脈衝(chong) 後壓縮過程中的空間小尺寸自聚焦問題。該方案既簡單經濟，又切實有效，為(wei) 推動脈衝(chong) 後壓縮技術乃至超高峰值功率激光的發展提供了新的技術途徑。