近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所超強(qiáng)激光科學(xué)與技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在100 PW級(jí)超強(qiáng)超快激光脈沖壓縮技術(shù)研究中取得重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)依托上海超強(qiáng)超短激光實(shí)驗(yàn)裝置（SULF）10 PW激光系統(tǒng)驗(yàn)證了“全口徑光柵壓縮器”的可行性，為實(shí)現(xiàn)單路100 PW級(jí)超強(qiáng)超快激光提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。相關(guān)研究成果以“Spatiotemporal characteristics investigation of full-aperture grating compressor for 100 PW level super-intense ultrafast lasers”為題，發(fā)表在Ultrafast Science上，并被選為雜志2025年第三期“封面論文”。

超強(qiáng)超快激光是研究極端物理現(xiàn)象的核心工具之一，能為物理研究提供超高峰值功率的極端實(shí)驗(yàn)條件。傳統(tǒng)光柵壓縮器中，光柵口徑的限制已成為提升輸出激光峰值功率的關(guān)鍵瓶頸之一。研究團(tuán)隊(duì)前期提出的新型全口徑光柵壓縮器構(gòu)型，通過(guò)優(yōu)化壓縮光柵表面的激光分布，可實(shí)現(xiàn)光柵工作面的高效利用，從而顯著提升光柵壓縮器對(duì)激光能量的承載能力。

本研究在SULF-10 PW激光系統(tǒng)上開(kāi)展的模擬和實(shí)驗(yàn)表明，全口徑光柵壓縮器輸出脈沖的時(shí)域和空域特性與傳統(tǒng)壓縮器相當(dāng)，相關(guān)結(jié)果有效驗(yàn)證了全口徑光柵壓縮器的可行性。研究團(tuán)隊(duì)還理論模擬了基于全口徑光柵壓縮器的SEL-100PW激光。結(jié)果表明，利用上海光機(jī)所正在研制的大尺寸（1070 mm×1620 mm）脈沖壓縮光柵，可實(shí)現(xiàn)單路1220 J / 11.3 fs（>100 PW）的超強(qiáng)超快激光脈沖，且全口徑光柵壓縮器導(dǎo)致的光譜剪切并不會(huì)對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)聚焦質(zhì)量產(chǎn)生明顯影響。全口徑光柵壓縮器不僅為單路100 PW的激光裝置的建設(shè)提供可靠技術(shù)方案，還能廣泛應(yīng)用于現(xiàn)有同類(lèi)激光裝置的峰值功率升級(jí)，具有顯著的工程意義與學(xué)術(shù)價(jià)值。

相關(guān)工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、基金委超強(qiáng)激光物理基礎(chǔ)科學(xué)中心、中國(guó)科學(xué)院B類(lèi)先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)際科技合作項(xiàng)目、“一帶一路”國(guó)際合作等項(xiàng)目的支持。

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圖1. 全口徑光柵壓縮器原理圖

圖2. SEL-100 PW激光的模擬結(jié)果。(a) 830 mm×830 mm近場(chǎng)光斑，(b) 4 m焦距OAP的遠(yuǎn)場(chǎng)焦斑，(c) 遠(yuǎn)場(chǎng)脈寬分布，等效脈寬11.3 fs。