近期，上海光學精密機械研究所激光科學與技術全國重點實驗室與俄羅斯應用物理研究所合作，在艾瓦級激光脈沖壓縮時空耦合方面取得進展，相關成果以“Two-grating compressor for sub-exawatt lasers: Optimal design for highest focal intensity"為題，發(fā)表于Matter and Radiation at Extreme。

圖1 雙光柵壓縮器中不同形式光柵面型引起的時空耦合畸變效應

艾瓦激光指峰值功率達到101?瓦的超短脈沖激光，代表了人類下一階段可實現(xiàn)的高峰值功率，為探索物理條件下的前沿科學提供了實驗平臺。面向中國與俄羅斯規(guī)劃建設的艾瓦級激光裝置，以突破峰值聚焦光強為關鍵目標。研究團隊構建了完整的數(shù)學解析模型和改進的數(shù)值仿真算法，系統(tǒng)對比了雙光柵與四光柵壓縮器在不同光柵表面粗糙度下的時空耦合畸變效應，為實現(xiàn)高聚焦光強與指導工程實踐提供了重要理論支撐。

另外，研究團隊在國際上揭示了壓縮器光柵面型會引發(fā)超短激光時空耦合畸變，并導致聚焦光強下降的物理機理（Appl. Phys. Express 10, 102702 (2017)和Opt. Express 26, 8453 (2018)）。這一發(fā)現(xiàn)在國內(nèi)外引發(fā)了廣泛的后續(xù)研究。

圖2 聚焦光強斯特利爾比隨光柵表面均方根粗糙度的變化

本研究表明，當光柵表面均方根粗糙度低于10納米時，對聚焦光強的影響可忽略不計，這為強超短激光系統(tǒng)的米量級光柵制造提供了重要依據(jù)。相比于四光柵壓縮器，雙光柵壓縮器在配合變形鏡后，可有效補償光柵大尺度表面誤差引起的時空耦合畸變，同時壓縮器具備結構簡單、成本低廉、調(diào)試方便等優(yōu)勢。本研究為艾瓦級激光裝置，特別是壓縮器設計與光柵制備提供了理論指導和工程參考。

參考文獻： 中國光學期刊網(wǎng)

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