近期，中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室與上海科技大學合作，在突破鈦寶石超強超短激光“10拍瓦上限”方面取得技術進展，相關成果以“Coherently tiled Ti:sapphire laser amplification: a way to break the 10 petawatt limit on current ultraintense lasers”為題，發表于Advanced Photonics Nexus，并被選為封面文章。

自1996年的1拍瓦“Nova”到2017年的10拍瓦“上海超強超短激光實驗裝置（SULF）”、2019年的10拍瓦“歐盟極端光設施之核物理ELI-NP”，峰值功率的大幅提升得益于大口徑激光增益介質從“釹玻璃”向“鈦寶石”的轉變，使得高能激光脈寬從約500飛秒減小至約25飛秒。然而，10拍瓦似乎是鈦寶石超強超短激光的峰值功率上限。目前從10拍瓦向100拍瓦發展規劃來看，國際上普遍拋棄了基于鈦寶石的啁啾脈沖放大技術Ti:sapphire-CPA，轉而采用基于DKDP非線性晶體的光參量啁啾脈沖放大技術DKDP-OPCPA。但是后者存在“泵浦-信號”轉換效率低和“時空-光譜-能量”穩定性差等不利因素，這對超強超短激光的發展和應用提出了挑戰；相反，前者作為已經成功實現10拍瓦激光穩定輸出的成熟技術，其在“后10拍瓦時代”潛力依然巨大。

圖1 拼接鈦寶石啁啾脈沖放大技術。

為突破鈦寶石超強超短激光的“10拍瓦上限”，本研究中，團隊提出和驗證了拼接鈦寶石啁啾脈沖放大技術Tiled-Ti:sapphire CPA（T-CPA），既能增大鈦寶石口徑，又能截斷橫向寄生振蕩，還能規避復雜時空控制。研究團隊在100 太瓦級超強超短激光平臺上成功完成了高時空性能的實驗演示并獲得理想結果。該工作為突破鈦寶石超強超短激光“10拍瓦上限”和開發百拍瓦級超強超短激光提供了技術手段。

圖2 實驗結果。