大阪大學(xué)的研究人員提出了下一代超強激光器的概念，可能會將目前的記錄從10佩塔瓦提高到500佩塔瓦。超短脈沖和超高能量的超強激光是探索物理學(xué)、宇宙學(xué)、材料科學(xué)等未知領(lǐng)域的有力工具。在著名技術(shù) ＂啁啾脈沖放大（CPA）＂（2018年諾貝爾物理學(xué)獎）的幫助下，目前的記錄已經(jīng)達(dá)到了10皮塔瓦特（或10＾16瓦特）。

激光器的“進(jìn)化史”

1960年，由T．H．Maiman博士發(fā)明的激光器，具有高強度（或脈沖激光器的高峰值功率）的一個重要特點：歷史上，激光峰值功率經(jīng)歷了兩個階段的發(fā)展。就在激光器誕生后，Q開關(guān)和鎖模技術(shù)將激光峰值功率提高到了Kilowatt（10＾3瓦）和Gigawatt（10＾9瓦）水平。

1985年，Gérard Mourou和Donna Strickland發(fā)明了CPA技術(shù)，通過該技術(shù)避免了材料損傷和光學(xué)非線性，激光峰值功率被大幅提高到Terawatt（10＾12瓦）和Petawatt（10＾15瓦）水平。

如今，歐洲（ELI－NP激光器）和中國（SULF激光器）分別演示了兩種10－Petawatt CPA激光器。全球佩塔瓦激光器的設(shè)施規(guī)模非常大，項目投資也非常高。

近日，發(fā)表在《科學(xué)報告》上的一項研究中，來自大阪大學(xué)的研究人員提出了下一代超強激光器的概念，其模擬峰值功率達(dá)到了Exawatt級別（1 Exawatt等于1000 Petawatts）。這意味著：超強激光器下一步的發(fā)展方向是通過壓縮脈沖持續(xù)時間而不是增加脈沖能量來進(jìn)一步提高峰值功率。

項目研究歷程

在以前的研究中（OSA Continuum，DOI： 10.1364／OSAC.2.001125），該小組開發(fā)了一種新的設(shè)計——廣角非共線光學(xué)參量啁啾脈沖放大（WNOPCPA），以增加放大的光譜并相應(yīng)地減少壓縮脈沖。

在新改進(jìn)的設(shè)計中，該小組通過使用雙束泵浦的WNOPCPA和精心優(yōu)化的相位匹配，完全避免了泵浦干擾，完成了具有兩個寬光譜的超寬帶帶寬，從而實現(xiàn)了＜10 fs的高能激光放大。

研究小組成員李昭陽聲稱：＂這種設(shè)計有兩個優(yōu)點：一是WNOPCPA中的超寬帶放大，二是后壓縮中非線性頻譜拓寬的增強。這項研究可能為進(jìn)一步提高激光峰值功率，甚至達(dá)到Exawatt級提供了可能的途徑。＂

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