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『百超迪能激光』什么是啁啾脉冲放大技术？( 二 )


1985年 ， 随着啁啾脉冲放大技术的出现 ， 激光聚焦功率密度实现飞跃式的提升 。从CPA的基本原理图（图2）可见 ， 整个系统大致分为振荡器、展宽器、放大器和压缩器 。 其关键是：
【『百超迪能激光』什么是啁啾脉冲放大技术？】在直接输入放大器之前 ， 先利用展宽器对振荡器输出的超短飞秒（皮秒）脉冲引入一定的色散 ， 将脉冲宽度在时域上展宽约百万倍 ， 至百皮秒甚至纳秒量级；这样不仅极大降低了峰值功率 ， 而且保证了单位面积上的能量密度；
然后在放大器中进行放大 ， 这样既降低了相关元件损伤的风险 ， 还避免了增益饱和等许多不利的非线性效应 ， 有利于高效吸收增益介质储存能量；
等获得较高的能量以后 ， 再通过压缩器补偿色散 ， 将脉冲宽度压缩回飞秒（皮秒）量级 。
『百超迪能激光』什么是啁啾脉冲放大技术？
本文插图
图2啁啾脉冲放大技术原理示意图

自CPA技术之后近30年的时间里 ， 不仅激光的峰值功率及强度提高了近10个量级 ， 而且激光装置的体积及成本也大大降低 ， 得以广泛应用于高校和研究所 。 由于CPA技术在激光强度发展的历史中所起的作用 ， 美国将基于CPA技术搭建的激光系统用于快点火激光聚变工程 ， 以期彻底解决能源问题 。 国际上许多顶级实验室也相继建成了多台峰值功率超过拍瓦级别 (PW)的CPA装置：如劳伦斯利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory ， LLNL）的1.5 PW、450 fs钕玻璃激光系统 ， 中科院物理研究所的1.16 PW、30 fs激光装置 ， 韩国先进光子学研究所的1.5 PW钛宝石CPA激光系统 ， 中物院激光聚变中心的5 PW级激光装置和中科院上海光机所最新获得的10 PW装置等 。 作为欧盟未来大科学装置的极光设施（Extreme Light Infrastructure ， 简称ELI） ， 目标定为发展峰值功率高达200 PW的超强超短激光装置 。
2013年 ， G. Mourou等人基于现有的光纤放大技术及相干合成技术 ， 针对下一代粒子加速器的应用发展需求提出了一套重复频率 10 kHz、单脉冲能量10 J的设计方案 。 国内中国科学院物理研究所、天津大学、北京大学、清华大学、西安光机所、华东师范大学等科研单位也在该领域展开了大量工作 ， 争取早日拉近与国外同行的差距 。


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