近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場激光物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在超強(qiáng)超短激光相干合束壓縮新技術(shù)方面取得新進(jìn)展。

研究團(tuán)隊(duì)提出了利用毛細(xì)管實(shí)現(xiàn)大能量超短脈沖的相干合束以及后壓縮，首次驗(yàn)證了相干合束壓縮（Combination and Compression，C+C)的激光峰值功率提升技術(shù)。相關(guān)研究成果發(fā)表于《光子學(xué)研究》（Photonics Research）。

超強(qiáng)超短激光的出現(xiàn)與持續(xù)迅猛發(fā)展，為人類提供了前所未有的全新實(shí)驗(yàn)手段與極端物理?xiàng)l件。超強(qiáng)超短激光在激光加速、阿秒科學(xué)、材料科學(xué)、等離子體物理、天體物理、高核醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有重大應(yīng)用價(jià)值。

目前，利用啁啾脈沖放大（CPA）技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)10 PW級的峰值功率輸出。

但受限于增益材料的尺寸以及系統(tǒng)光學(xué)元件的損傷閾值，單路CPA輸出功率的進(jìn)一步提升成為了瓶頸，急需發(fā)展后CPA時(shí)代的峰值功率提升新方案。

研究團(tuán)隊(duì)基于前期已建立的國際領(lǐng)先的中紅外激光技術(shù)驗(yàn)證平臺[Opt. Lett. 43, 2197 (2018); Photon. Res. 8, 421 (2020)]，在實(shí)驗(yàn)上首次開展了相干合束壓縮（C+C）的峰值功率提升技術(shù)演示。中紅外激光脈沖由于其波長長，因此其合束的相對相位的穩(wěn)定性更高，更不容易受外部因素的影響。

研究人員將兩路光參量啁啾脈沖放大（OPCPA）輸出的大能量中紅外飛秒激光同步注入充滿惰性氣體的毛細(xì)管內(nèi)，利用自相位調(diào)制光譜展寬原理，實(shí)現(xiàn)了峰值功率的顯著提升（相比單路注入峰值功率提升7倍）。

同時(shí)，由于毛細(xì)管的模式選擇效應(yīng)，這種方法有效解決的了傳統(tǒng)相干合束引起的遠(yuǎn)場焦斑調(diào)制，獲得了近完美的輸出光束質(zhì)量。研究人員還進(jìn)一步驗(yàn)證了輸出激光的時(shí)空相干性，證實(shí)了該合束方案的有效性。

所演示的“C+C”技術(shù)方案可以進(jìn)一步擴(kuò)展到4路以及更多路激光合束，為超強(qiáng)超短激光峰值功率的進(jìn)一步提升提供一種有效手段。同時(shí)所發(fā)展的大能量周期量級中紅外超強(qiáng)超短激光為強(qiáng)場物理研究提供了一種高效的工具，將極大地推動(dòng)相關(guān)前沿領(lǐng)域的發(fā)展。

相關(guān)工作得到了中國科學(xué)院B類先導(dǎo)專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金委等的項(xiàng)目支持。

超強(qiáng)超短激光相干合束示意圖