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中国研成首个5千万亿瓦超强超短激光放大系统

导读:

   中科院上海光机所强场激光物理国家重点实验室最近研制成功5拍瓦(1拍瓦=1千万亿瓦)超强超短激光放大系统,这是迄今国际最高峰值功率的激光放大系统,为研制10拍瓦超强超短激光装置奠定了重要的技术基础。相关研究成果发表于《光学快报》。

   研究人员基于钛宝石晶体和啁啾脉冲放大(CPA)技术,于2013年研制成功2拍瓦超强超短激光放大系统,为当时国际最高峰值功率的激光放大系统。随后又首次实现了百焦耳以上能量水平的宽带(70纳米)激光放大输出。该激光放大系统是目前国际最高峰值功率的激光放大系统。大口径高增益钛宝石放大器寄生振荡抑制技术的成功突破,为研制基于钛宝石CPA放大的10拍瓦激光装置奠定了重要的技术基础。

   据介绍,该激光系统采用基于钛宝石晶体的 800纳米波段宽带CPA结构。高信噪比CPA前端采用交叉偏振波(XPW)脉冲净化技术,将激光脉冲的信噪比提高到10~11量级,经CPA多通放大到 35焦耳量级后,注入到采用直径为150毫米的钛宝石晶体的终端大口径CPA放大器中,优化泵浦激光脉冲和信号激光脉冲的强度,有效抑制了高能量泵浦下,大口径钛宝石晶体中的寄生振荡效应,在脉冲能量为312焦耳的钕玻璃倍频激光泵浦下,获得192.3焦耳的放大输出,转换率超过50%。

   上海光机所研究员李儒新表示,超强超短激光用户装置的建设已被列入上海市建设具有全球影响力的科技创新中心的战略部署,未来将作为上海张江综合性国家科学中心打造高度集聚的世界级重大科技基础设施群的重要组成部分。(来源:《中国科学报》)

超强超短激光

   超强超短激光(一般指峰值功率大于 1 TW(1012W,太瓦),脉冲宽度小于100 fs (10-15 s,飞秒))的出现与迅猛发展,为人类提供了前所未有的极端物理条件与全新实验手段,使得自然界中只有在恒星内部或是黑洞边缘才能找到的高能量密度、甚至超高能量密度极端条件已可能在实验室内创造。

   目前,超强超短激光经聚焦得到的最高光强已达到了1022W/cm2量级。这么高的光强到底是什么概念呢?约等于地球接收到的太阳总辐射聚焦到头发丝粗细的尺度。自然界中已知的最高光强是估计达到1020 W/cm2量级的宇宙伽玛射线爆的强度,所以超强超短激光被认为是已知的最亮光源。目前超强超短激光正处于取得重大科学技术突破和开拓重大应用的关键阶段,未来五年左右激光的聚焦强度可能达到甚至突破1023 W/cm2。

   超强超短激光可用于驱动尾波场电子加速、激光质子加速与质子照相、超强超短激光引雷等。

发展超强超短激光光源具有重要科学意义和应用价值。通过在极端物理条件下对物质结构、运动和相互作用进行研究可以使得人类对客观世界规律的认识更加深入和系统。

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