北京大学成功研制200TW/1Hz飞秒激光系统

2022-08-12 10:51

超短超强激光在激光加速、激光聚变、阿秒科学、天体物理、核物理、高能物理、原子分子物理、核医学等领域具有重大应用价值，是国际激光科技竞争前沿之一。目前全球范围内的商品化超短超强激光光源以及相应的泵浦激光系统大部分是由法国Thales 和Amplitude提供。

在科技部重点研发计划的支持下，北京大学正在开展基于超短超强激光的质子放疗系统，而稳定可靠的重频超短超强激光是整个系统的核心单元。为了避免“卡脖子”问题，在北京大学和广东省新兴激光等离子体技术研究院的大力支持下，2020年激光加速团队骨干成员赵研英高级工程师带队开始了拍瓦激光前端－200TW激光系统的研制工作，经过2年的艰辛攻关，2022年8月4日，成功完成200TW激光系统现场测试，峰值功率达到了214．8TW。

为满足激光质子放疗系统的应用需求，200TW激光系统以啁啾脉冲放大技术（CPA）和交叉偏振滤波技术（XPW）为总体技术路线，同时研究了激光波前探测及控制方案，保证了激光器输出光斑空间品质。最终获得能量8．6J，能量稳定性1．3％，重复频率1Hz，脉冲宽度29．2fs，峰值功率214．8TW的激光系统。在保证激光参数性能先进的同时，针对应用需要增加了多项关键附属功能：包括回光监测系统、低重频激光自准直系统、大能量大尺寸激光衰减系统等，为实现200TW激光系统和PW激光系统的产品化向前迈出了一步。

在200TW激光系统研制过程中，课题组与上海光机所、长春光机所、卓镭激光等国内技术优势单位合作，成功地实现泵浦源、激光增益介质等核心器件国产化替代，实现了200TW／1Hz高对比度激光系统国产化，有效地应对国内外环境变化带来的影响。课题组前期也为新奥公司研制了一台10TW飞秒激光装置，即将用于聚变等离子体堆芯二维磁场诊断研究。上述研发可以显著降低超短超强激光的研制成本，为实现拥有自主知识产权、稳定可靠、普适性高的商用量产PW激光器系统打下了坚实的基础，也为激光质子放疗系统规模应用奠定了重要基础。