超短超強(qiáng)激光在激光加速、激光聚變、阿秒科學(xué)、天體物理、核物理、高能物理、原子分子物理、核醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有重大應(yīng)用價值，是國際激光科技競爭前沿之一。目前全球范圍內(nèi)的商品化超短超強(qiáng)激光光源以及相應(yīng)的泵浦激光系統(tǒng)大部分是由法國Thales 和Amplitude提供。

    在科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持下，北京大學(xué)正在開展基于超短超強(qiáng)激光的質(zhì)子放療系統(tǒng)，而穩(wěn)定可靠的重頻超短超強(qiáng)激光是整個系統(tǒng)的核心單元。為了避免“卡脖子”問題，在北京大學(xué)和廣東省新興激光等離子體技術(shù)研究院的大力支持下，2020年激光加速團(tuán)隊(duì)骨干成員趙研英高級工程師帶隊(duì)開始了拍瓦激光前端-200TW激光系統(tǒng)的研制工作，經(jīng)過2年的艱辛攻關(guān)，2022年8月4日，成功完成200TW激光系統(tǒng)現(xiàn)場測試，峰值功率達(dá)到了214.8TW。

    為滿足激光質(zhì)子放療系統(tǒng)的應(yīng)用需求，200TW激光系統(tǒng)以啁啾脈沖放大技術(shù)（CPA）和交叉偏振濾波技術(shù)（XPW）為總體技術(shù)路線，同時研究了激光波前探測及控制方案，保證了激光器輸出光斑空間品質(zhì)。最終獲得能量8.6J，能量穩(wěn)定性1.3%，重復(fù)頻率1Hz，脈沖寬度29.2fs，峰值功率214.8TW的激光系統(tǒng)。在保證激光參數(shù)性能先進(jìn)的同時,針對應(yīng)用需要增加了多項(xiàng)關(guān)鍵附屬功能：包括回光監(jiān)測系統(tǒng)、低重頻激光自準(zhǔn)直系統(tǒng)、大能量大尺寸激光衰減系統(tǒng)等，為實(shí)現(xiàn)200TW激光系統(tǒng)和PW激光系統(tǒng)的產(chǎn)品化向前邁出了一步。

    在200TW激光系統(tǒng)研制過程中，課題組與上海光機(jī)所、長春光機(jī)所、卓鐳激光等國內(nèi)技術(shù)優(yōu)勢單位合作，成功地實(shí)現(xiàn)泵浦源、激光增益介質(zhì)等核心器件國產(chǎn)化替代，實(shí)現(xiàn)了200TW/1Hz高對比度激光系統(tǒng)國產(chǎn)化，有效地應(yīng)對國內(nèi)外環(huán)境變化帶來的影響。課題組前期也為新奧公司研制了一臺10TW飛秒激光裝置，即將用于聚變等離子體堆芯二維磁場診斷研究。上述研發(fā)可以顯著降低超短超強(qiáng)激光的研制成本，為實(shí)現(xiàn)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)、穩(wěn)定可靠、普適性高的商用量產(chǎn)PW激光器系統(tǒng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也為激光質(zhì)子放療系統(tǒng)規(guī)模應(yīng)用奠定了重要基礎(chǔ)。