“襁褓中的”超强激光器：大阪大学提出下一代超强激光器的概念

2021-01-21 08:06

大阪大学的研究人员提出了下一代超强激光器的概念，可能会将目前的记录从10佩塔瓦提高到500佩塔瓦。超短脉冲和超高能量的超强激光是探索物理学、宇宙学、材料科学等未知领域的有力工具。在著名技术＂啁啾脉冲放大（CPA）＂（2018年诺贝尔物理学奖）的帮助下，目前的记录已经达到了10皮塔瓦特（或10＾16瓦特）。

激光器的“进化史”

1960年，由T．H．Maiman博士发明的激光器，具有高强度（或脉冲激光器的高峰值功率）的一个重要特点：历史上，激光峰值功率经历了两个阶段的发展。就在激光器诞生后，Q开关和锁模技术将激光峰值功率提高到了Kilowatt（10＾3瓦）和Gigawatt（10＾9瓦）水平。

1985年，Gérard Mourou和Donna Strickland发明了CPA技术，通过该技术避免了材料损伤和光学非线性，激光峰值功率被大幅提高到Terawatt（10＾12瓦）和Petawatt（10＾15瓦）水平。

如今，欧洲（ELI－NP激光器）和中国（SULF激光器）分别演示了两种10－Petawatt CPA激光器。全球佩塔瓦激光器的设施规模非常大，项目投资也非常高。

近日，发表在《科学报告》上的一项研究中，来自大阪大学的研究人员提出了下一代超强激光器的概念，其模拟峰值功率达到了Exawatt级别（1 Exawatt等于1000 Petawatts）。这意味着：超强激光器下一步的发展方向是通过压缩脉冲持续时间而不是增加脉冲能量来进一步提高峰值功率。

项目研究历程

在以前的研究中（OSA Continuum，DOI： 10.1364／OSAC.2.001125），该小组开发了一种新的设计——广角非共线光学参量啁啾脉冲放大（WNOPCPA），以增加放大的光谱并相应地减少压缩脉冲。

在新改进的设计中，该小组通过使用双束泵浦的WNOPCPA和精心优化的相位匹配，完全避免了泵浦干扰，完成了具有两个宽光谱的超宽带带宽，从而实现了＜10 fs的高能激光放大。

研究小组成员李昭阳声称：＂这种设计有两个优点：一是WNOPCPA中的超宽带放大，二是后压缩中非线性频谱拓宽的增强。这项研究可能为进一步提高激光峰值功率，甚至达到Exawatt级提供了可能的途径。＂

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