周期量级、超宽带超强激光光参量放大技术研究

High energy, few-cycle ultra-intensity laser has very important applications in the electron acceleration, plasma physics, laser fusion and attosecond physics. The use of traditional CPA technology is difficult to get high-energy, few-cycle laser output. The ultra-short pulse pumped optical parametric amplification technique is an effective technique to achieve this goal. Project to a broad band Ti:sapphire oscillator, the accurate synchronization signal of 1064nm and 600-1000nm are separated. After the amplification of regeneration, multi-pass amplifier, and frequency conversion, the 50mJ of 532nm and 355nm can be obtained in each beam. Through a two-stage optical parametric amplification, 15mJ ultra-broad band laser can be achieved, and then using a combination of chirp mirrors and prisms to compensate the dispersion. Ultimately, the spectral range from 600-1000nm, pulse duration of 5fs, 10mJ ultra-intensity laser is obtained. The formation of technical solutions can be developed to higher pulse energy, as a new experimental platform for attosecond physics experiments and development to explore extreme conditions physical research.

高能量、周期量级超强激光在电子加速、等离子体物理、激光核聚变以及阿秒物理等领域具有十分重要的应用，采用传统的CPA技术很难得到高能量、周期量级的激光输出，超短脉冲泵浦的光参量放大技术是实现这一目标的有效技术手段。项目中以相位稳定的超宽带钛宝石激光振荡器为基础，同时分离出精确同步的1064nm泵浦激光和600-1000nm宽度种子激光，泵浦激光经过再生放大、多通放大、频率转换后可以分别得到50mJ的532nm和355nm激光，以其为泵浦激光，开展超宽带的光参量放大技术研究，经过两级光参量放大，可以实现15mJ的超宽带激光放大，然后采用棱镜组和啁啾镜组合的色散补偿方案进行脉宽压缩，最终得到光谱范围从600-1000nm、脉冲宽带约5fs、单脉冲能量约10mJ超强激光输出，形成可以向更高脉冲能量发展的技术方案，为阿秒物理实验研究和拓展发掘极端条件物理研究工作提供全新的实验平台。

周期量级超强激光在在前沿科学、精密加工、激光医疗、光核聚变反应及武器物理的研究等方面有着非常重要的用途，利用超短脉冲泵浦的光参量放大技术是得到高质量高能PW激光的可行技术手段。按照计划，根据任务书的要求，我们对周期量级、超宽带超强激光光参量放大技术进行了研究，利用本研究组已有的基础，建立了周期量级、超宽带超强激光光参量放大系统，得到了光谱范围600-950nm、单脉冲能量11mJ、脉冲宽度约6.5fs的超短脉冲激光输出。主要包括了以下几个方面的工作：（1）利用皮秒激光泵浦钛宝石激光，实现了皮秒激光与飞秒激光高精度同步；（2）搭建了一套与种子激光精确同步的高能量皮秒泵浦激光系统，得到了脉冲宽度约15ps、每路单脉冲能量60mJ、波长为1064nm的泵浦激光，双路输出；（3）用皮秒激光为泵浦，建立了两级OPA放大系统，得到了单脉冲能量14mJ、脉冲宽度约20fs的放大激光输出；（4）利用棱镜对、啁啾镜和AOPDF系统补偿色散，将脉冲宽度压缩到约6.5fs，最终得到光谱范围600-950nm，单脉冲能量约11mJ的放大激光输出。通过本项目的研究，形成可以向更高脉冲能量发展的周期量级高能PW激光的技术方案，为阿秒物理实验研究和拓展发掘极端条件物理研究工作提供全新的实验平台。