近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場(chǎng)激光物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在雙CPA激光系統(tǒng)四階色散(FOD)的被動(dòng)控制上取得了進(jìn)展，提出了一種“負(fù)正啁啾脈沖放大(NPCPA)”的新型雙CPA激光系統(tǒng)設(shè)計(jì)。相關(guān)成果發(fā)表于光學(xué)著名期刊《光學(xué)快報(bào)》【Optics Express 28 (21): 31743 (2020)】上。

高階色散，尤其FOD，是影響脈沖寬度和時(shí)域包絡(luò)的重要因素。目前，通常使用Grism對(duì)或AOPDF來控制FOD。然而，對(duì)于雙CPA激光系統(tǒng)，Grism對(duì)或AOPDF的引入必然伴隨著高對(duì)比度種子光能量的降低，從而會(huì)使最終的脈沖時(shí)域?qū)Ρ榷韧嘶�。這與雙CPA激光系統(tǒng)的初衷相違背。傳統(tǒng)雙CPA激光系統(tǒng)采用兩級(jí)正啁啾脈沖放大(PCPA)，且單級(jí)PCPA的FOD為正。

該研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出將負(fù)啁啾脈沖放大(NCPA)作為雙CPA激光系統(tǒng)的前端，再結(jié)合PCPA后端，組成一種新型的NPCPA激光系統(tǒng)。該方案，可利用NCPA前端的負(fù)FOD來補(bǔ)償PCPA后端的正FOD，而且可通過優(yōu)化NCPA前端中展寬器和壓縮器的參數(shù)來獲得不同量的負(fù)FOD，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)激光系統(tǒng)FOD的控制。計(jì)算結(jié)果表明，100nm帶寬條件下，NPCPA方案可實(shí)現(xiàn)~20fs的傅里葉變換極限脈寬，相應(yīng)激光峰值功率可達(dá)數(shù)PW水平。

新型的NPCPA激光系統(tǒng)，不僅可以實(shí)現(xiàn)FOD的補(bǔ)償，還可以避免由于額外色散控制元件引起的脈沖時(shí)域?qū)Ρ榷韧嘶�，從而�?shí)現(xiàn)高時(shí)域?qū)Ρ榷�、近傅里葉變換的高峰值功率飛秒激光。

圖1 4PW量級(jí)NPCPA激光系統(tǒng)設(shè)計(jì)和壓縮脈沖。