上海光機所提出基于非對稱光柵壓縮器助力100拍瓦建設的新方案

近日，中科院上海光機所強場激光物理國家重點實驗室，在關于拍瓦激光裝置中的壓縮器優(yōu)化研究中取得新的進展，相關研究成果以“Viability verification of asymmetric four-grating compressor in SEL-100 PW frontend”為題發(fā)表于Optics Communications。

目前，盡管全球范圍內(nèi)多個高功率激光系統(tǒng)正在建設或規(guī)劃中，然而由于高昂的成本和復雜的技術挑戰(zhàn)，尤其是超高能量密度極其容易損壞光學元件，相關進展受到了一定程度的制約。在所有的光學元件中，壓縮器光柵因其成本高、制造工藝難、易損傷，成為當代拍瓦激光系統(tǒng)中最為脆弱的環(huán)節(jié)之一。此外,由于壓縮器前的光斑具有不均勻的空間特性，即激光空間強度調(diào)制，光斑局部的強度可能高達平均強度的2倍，為了不損傷光柵壓縮器，激光能量一般設置在光柵損傷閾值的一半。因此，為了提升輸出激光能量，可以從降低激光空間調(diào)制入手。

研究團隊近期提出了多步脈沖壓縮的方案，通過空間色散來勻滑光斑，從而降低空間調(diào)制�；�于SEL-100 PW前端，團隊對非對稱光柵壓縮器引入空間色散來勻滑光斑的方法進行了實驗驗證。該實驗是首次在中心波長約925 nm、超200 nm寬光譜帶寬的條件下開展的多步脈沖壓縮實驗，旨在探索空間色散對超高功率激光系統(tǒng)時空特性的影響。實驗中，研究人員引入了不同程度的空間色散（0 mm、5 mm、10 mm、20 mm），并在補償?shù)攘繒r間啁啾的情況下，對輸出激光的光束特性進行了詳細分析。結(jié)果表明，非對稱光柵壓縮器的方法能夠有效勻滑激光光束，提高脈沖能量容量并增強壓縮器的運行安全性。同時，實驗還顯示，引入的空間色散幾乎不影響時域?qū)Ρ榷群途劢构獍叩某叽�。這一研究成果不僅為拍瓦激光系統(tǒng)的優(yōu)化設計提供了重要的實驗依據(jù)，也有助于未來超高功率激光技術的發(fā)展。

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圖2.脈寬與對比度。（a）：脈寬對比；（b）：對比度對比。FGC、AFGC-3分別是空間色散為0、13 mm光束。

相關研究得到了上海市自然科學基金、國家自然科學基金、上海市科技重大專項的支持。

相關鏈接：https://doi.org/10.1016/j.optcom.2024.130317