【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所邵建達(dá)研究員、晉云霞研究員團(tuán)隊和張江實驗室李朝陽研究員在超寬帶脈沖壓縮光柵領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。研究團(tuán)隊針對單周期脈沖壓縮需求，成功研制超400 nm寬帶金光柵，其在750-1150 nm 的波長范圍內(nèi)衍射效率大于90%，比現(xiàn)役金光柵帶寬提升近一倍，并且其研制口徑可進(jìn)一步推向米量級。相關(guān)成果以“400nm ultra-broadband gratings for near-single-cycle 100 Petawatt lasers”為題發(fā)表于《自然-通訊》。
 

　　拍瓦激光器的脈沖寬度從目前10-20個周期壓縮到單周期(3.3 fs)結(jié)合大能量的載入被認(rèn)為是實現(xiàn)艾瓦激光的未來。研究團(tuán)隊長期深耕于寬帶高閾值脈沖壓縮光柵領(lǐng)域。在本項工作進(jìn)展中，超寬帶金光柵的仿真設(shè)計取得突破，引入方位角擴(kuò)展了設(shè)計和應(yīng)用自由度；實驗上掌握了光柵槽形演化規(guī)律，發(fā)明了大底寬小尖角金光柵技術(shù)(專利號：CN114879293B)，成功研制1443 g/mm和1527 g/mm超400 nm寬帶金光柵(圖1)。如此寬帶和高閾值(優(yōu)于0.3J/cm2)的超寬帶光柵將在寬角非共線光參量啁啾脈沖放大系統(tǒng)【W(wǎng)NOPCPA，Laser Photonics Rev 17, 2100705(2022). https://doi.org/10.1002/lpor.202100705】中發(fā)揮關(guān)鍵性作用，理論計算證明其足以支撐 4 fs 脈沖壓縮，可將實現(xiàn)百拍瓦需要的光柵口徑從米級縮減至半米級。
 

圖 1 400 nm超寬帶金光柵
 

　　啁啾脈沖放大(CPA)及其衍生技術(shù)推動激光峰值功率從太瓦推向10PW量級，脈沖壓縮器已成為高功率超強(qiáng)超短激光裝置的核心模塊。受限于大口徑、寬光譜、高閾值壓縮光柵的單路負(fù)載能力，中、歐、美、俄、韓等國均已部署多路相干合成100 PW乃至艾瓦量級的激光設(shè)施建設(shè)。除此外，單周期(3.3fs)脈沖也是產(chǎn)生艾瓦級激光的重要策略之一。近些年來，WNOPCPA等技術(shù)能夠在工程上支撐增益介質(zhì)的帶寬拓展至 400 nm，從而支撐 3-6 fs的傅里葉變換極限脈沖。支持單周期脈沖展寬和壓縮的超寬帶光柵是實現(xiàn)單周期艾瓦激光的一個核心技術(shù)難題。目前，團(tuán)隊正將超寬帶光柵的口徑推向米級，并將其應(yīng)用于單周期艾瓦激光的原理樣機(jī)。
 

　　研究工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、科技部、上海市戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)項目的支持。
 

　　圖 2 超寬帶壓縮概念示意，壓縮光柵的帶寬、效率、閾值決定了壓縮脈沖的寬度和峰值功率