在《諾貝爾物理學(xué)家為L(zhǎng)MN 2020世界激光制造大會(huì)特發(fā)賀詞》中我們提到了兩名諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主，他們分別是Gérard  Mourou和Donna Strickland，他們都因發(fā)明產(chǎn)生超短超強(qiáng)激光脈沖的啁啾脈沖放大技術(shù)（即CPA技術(shù)）而獲獎(jiǎng)。

什么是啁啾脈沖放大技術(shù)？

它的發(fā)明對(duì)激光物理有怎樣的意義？

20 世紀(jì) 60 至 70 年代，超短脈沖激光研究的主流內(nèi)容是如何產(chǎn)生 更短的脈寬。1981年，隨著碰撞脈沖鎖模(Colliding Pulse Mode-locking，CPM)技術(shù) 的發(fā)明，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的 R. L. Fork 等人利用染料激光器直接產(chǎn)生了 90fs 的脈沖，標(biāo)志著超短脈沖激光研究進(jìn)入了飛秒時(shí)代，也稱之為超快時(shí)代。但由于固體激光介質(zhì)的自聚焦 效應(yīng)及導(dǎo)致的元件損傷問題，以及液體及氣體激光介質(zhì)較低的飽和通量問題，致使激光自發(fā)明以來(lái)，強(qiáng)度提高的發(fā)展非常緩慢。

1986 年前后，超快激光發(fā)展歷史上迎來(lái)了 具有輝煌意義的歲月。不僅 R. L. Fork 等人通過腔外壓縮技術(shù)將 CPM 輸出的飛秒脈沖激 光推進(jìn)到了 6 fs 的最短脈沖世界紀(jì)錄并保持到 1996 年，而且 F. Moulton 報(bào)道了迄今仍是 飛秒激光產(chǎn)生及放大性能最優(yōu)良的摻鈦藍(lán)寶石晶體，特別是Gérard  Mourou和Donna Strickland借鑒雷達(dá)中的微波放大技術(shù)，首次實(shí)驗(yàn)演示了激光啁啾脈沖的放大與壓縮，揭開了超快激光向超強(qiáng)激光飛躍的序幕。

CPA技術(shù)是實(shí)現(xiàn)超短脈沖激光放大的核心技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)高峰值功率激光的最佳手段。其原理及原因是：超短脈沖激光分支功率較高，直接放大時(shí)，能量增加后，峰值功率過高，會(huì)損傷光學(xué)鏡片及放大用的晶體等元件，需要在時(shí)域上將脈沖展寬到皮秒甚至納秒，降低峰值功率，這樣在放大過程中就降低了損傷元件的風(fēng)險(xiǎn)，而且由于脈寬變寬了，與泵浦激光的重合時(shí)間更長(zhǎng)，可以提取更多的能量。能量放大后將光斑擴(kuò)大，時(shí)域上再把脈寬寬度壓縮回到原來(lái)的超短狀態(tài)，這樣就既得到了短脈沖，又安全的獲得了高的單脈沖能量，實(shí)現(xiàn)了高峰值功率的超短脈沖激光。

由此可見，啁啾脈沖放大技術(shù)的發(fā)明，極大地推進(jìn)了超短超快激光的發(fā)展和應(yīng)用，如今在國(guó)內(nèi)外的超大型激光裝置中都獲得了廣泛應(yīng)用。如果沒用CPA技術(shù)，飛秒激光可能只是曇花一現(xiàn)，難以有今天的局面。期待未來(lái)在超快超強(qiáng)激光領(lǐng)域，還會(huì)產(chǎn)生新的諾貝爾獎(jiǎng)。

我國(guó)在激光物理學(xué)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)在超快激光技術(shù)領(lǐng)域具有較強(qiáng)的基礎(chǔ)，CPA發(fā)明后僅僅幾年時(shí)間，中科院西安光機(jī)所、天津大學(xué)等單位在侯洵院士領(lǐng)銜的“攀登計(jì)劃”支持下，就開展了該技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究。

近年來(lái)，中科院物理研究所、上海光機(jī)所及中國(guó)工程物理研究院等單位在科技部、863及基金委等部門的支持下，經(jīng)過多年系統(tǒng)深入的研究，相繼取得了突破世界紀(jì)錄的結(jié)果。如上海光機(jī)所去年取得的10PW的峰值功率，是目前基于CPA技術(shù)所見報(bào)導(dǎo)的最高峰值功率，我國(guó)科學(xué)家取得的相關(guān)成果，已在國(guó)際上形成重要影響，也極大地提高了我國(guó)在該領(lǐng)域的國(guó)際地位。

Gérard Mourou教授也曾先后多次訪問中科院西安光機(jī)所、物理研究所、上海光機(jī)所、上海交通大學(xué)等單位并做學(xué)術(shù)報(bào)告。