超强超短激光一般指峰值功率大于1 TW（1 TW = 1012 W），脉冲宽度小于100 fs ( 10-15 s)的激光，它的出现为人类提供了前所未有的极端物理条件与全新实验手段。例如，2016年，中科院上海光机所在国内首次成功利用超强超短激光产生了正电子。
光参量啁啾脉冲放大技术（OPCPA）是当前实现超短脉冲放大的重要途径，目前国内外在建的拍瓦级飞秒超短脉冲激光装置多采用全系统OPCPA技术路线。其中，用于啁啾脉冲压缩的大口径光栅是决定装置光机元件负载能力的关键，若光栅局部辐照能流密度太大，则极易造成区域损伤，可能引发后续光学元件的膜层损伤。所以，全口径光束均匀性制约了超短脉冲全系统的整体输出能力，对装置运行安全性非常重要。
中国科学院上海光机所高功率激光物理联合实验室谢兴龙研究员课题组从全系统综合输出性能优化角度，着重定量分析大能量OPCPA近场分布均匀性的演化，为SGII-5PW激光装置进一步提升运行安全性提供优化依据，具体研究成果发表在中国激光第八期 。
图1 SGII-5PW激光系统结构图
图1所示为SGII-5PW激光系统结构，全放大链路由三级OPCPA组成。OPCPA-I为高增益前端预放，输出单脉冲能量为80 mJ，半高全宽光谱宽度60 nm，对应的脉宽为1.5 ns。OPCPA-II单元以SG-II装置第7路的倍频光作为抽运光源，实现啁啾脉冲放大输出能量40 J，压缩脉冲30 J/ 27 fs，峰值功率1 PW。末级OPCPA-III单元将以第9路的倍频光作为抽运光源，目标实现啁啾脉冲放大输出250 J，压缩实现优于150 J / 30 fs，峰值功率达到5 PW。
图2 理想时空超高斯抽运光与实际信号光作用(a)以及理想时空超高斯信号光与实际抽运光作用(b)情况下，OPCPA-II放大输出信号FF（实线）与FBC（虚线）随晶体长度的变化。
分析两种情况下OPCPA输出均匀性的对比（如果图2），结合放大过程其他参数，可以得到两个结论：
结论：
1、在参量放大器结构确定的情况下，当前非线性晶体长度19mm，可以同时获得较高的转换效率、较小的波前相位畸变、最优化的近场分布均匀性以及较高的输出稳定性；
2、抽运光近场分布对参量放大输出有着更大影响，进一步提升神光II第7路光束质量，可以大幅度提升OPCPA-II输出均匀性，对SGII-5PW系统运行安全性极为重要。
研究人员表示后续将以拍瓦装置的OPCPA-III单元第9路的倍频光作为抽运光源，实现啁啾脉冲放大输出250J，压缩实现优于150J/30fs，峰值功率达到5PW的目标。
论文信息：
周剑 , 孙美智 , 梁潇 , 康俊 , 郭爱林 , 杨庆伟 , 谢兴龙 , 朱健强 , 林尊琪 . SGII-5PW 激光系统大能量光参量放大器光束近场均匀性研究 [J]. 中国激光 ,2017,44(8):0801007.
课题组合影
图左七为谢兴龙研究员
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