輸出功率大於(yu) 1太瓦,脈寬 小於(yu) 1皮秒,可聚焦激光功率密度大於(yu) 1017瓦/厘米2的小型化超強超快激光的發展研究,是超強超快激光研究廣泛深入開展的基礎和推動力。
近十幾年來,由於(yu) 啁啾脈衝(chong) 放大(chirped pulse amplification, 簡稱CPA)技術的提出和應用,寬帶激光晶體(ti) 材料(如摻鈦藍寶石)的出現,以及克爾透鏡鎖模技術的發明,使超強超快激光技術得到迅猛發展。小型化飛秒太瓦(1012瓦)甚至更高數量級的超強超快激光係統已在各國實驗室內(nei) 建成並發揮重要作用。最近,更短脈衝(chong) 和更高功率的激光輸出,如直接由激光振蕩器產(chan) 生的短於(yu) 5飛秒的激光脈衝(chong) ,小型化飛秒100太瓦級超強超快激光係統,以及CPA技術應用到傳(chuan) 統大型釹玻璃激光裝置上獲得1拍瓦(1015瓦)級激光輸出已有報道,激光功率密度達到1019~1020瓦 /厘米2的超強超快激光與(yu) 物質相互作用研究也已開始進行。
傳(chuan) 統的激光放大采用直接的行波放大,而對超短激光脈衝(chong) 來說,隨著能量的提高,其峰值功率將很快增加,並出現各種非線性效應及增益飽和效應,從(cong) 而限製了能量的進一步放大。
CPA技術的原理是,在維持光譜寬度不變的情況下通過色散元件將脈衝(chong) 展寬好幾個(ge) 數量級,形成所謂的啁啾脈衝(chong) 。這樣,在放大過程中,即使激光脈衝(chong) 的能量增加很快,其峰值功率也可以維持在較低水平,從(cong) 而避免出現非線性效應及增益飽和效應,保證激光脈衝(chong) 能量的穩定增長。當能量達到飽和放大可獲得的能量之後,借助與(yu) 脈衝(chong) 展寬時色散相反的元件將脈衝(chong) 壓縮到接近原來的寬度,即可使峰值功率大大提高。
為(wei) 了突破CPA技術的一些局限性,目前國際上正在積極探索發展新一代超強超快激光的新原理與(yu) 新方法,如啁啾脈衝(chong) 光學參量放大(OPCPA)原理,目標是創造更強更快的強場超快極端物理條件,特別是獲得大於(yu) (等於(yu) )1021瓦/厘米2的可聚焦激光光強。OPCPA充分發揮了啁啾脈衝(chong) 放大與(yu) 光學參量放大各自的優(you) 點,是國際上近年來提出的發展超強超快激光的全新技術途徑。
OPCPA原理目前還處於(yu) 中等功率層次上的預研階段,但卻蘊涵著強大的生命力。此外,超強超快激光光束質量的優(you) 化、時空輪廓的整形與(yu) 控製,周期脈寬小於(yu) 10飛秒的超短激光脈衝(chong) 的產(chan) 生、有效放大與(yu) 性能優(you) 化,也是今後持續創新發展的主要方向。
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