近期，中國科學院上海光學精密機械研究所邵建達研究員、晉云霞研究員團隊和張江實驗室李朝陽研究員在超寬帶脈沖壓縮光柵領域取得突破性進展。研究團隊針對單周期脈沖壓縮需求，成功研制超400 nm寬帶金光柵，其在750-1150 nm 的波長范圍內(nèi)衍射效率大于90%，比現(xiàn)役金光柵帶寬提升近一倍，并且其研制口徑可進一步推向米量級。相關(guān)成果以“400nm ultra-broadband gratings for near-single-cycle 100 Petawatt lasers”為題發(fā)表于《自然-通訊》。

　　拍瓦激光器的脈沖寬度從目前10-20個周期壓縮到單周期(3.3 fs)結(jié)合大能量的載入被認為是實現(xiàn)艾瓦激光的未來。研究團隊長期深耕于寬帶高閾值脈沖壓縮光柵領域。在本項工作進展中，超寬帶金光柵的仿真設計取得突破，引入方位角擴展了設計和應用自由度;實驗上掌握了光柵槽形演化規(guī)律，發(fā)明了大底寬小尖角金光柵技術(shù)(專利號：CN114879293B)，成功研制1443 g/mm和1527 g/mm超400 nm寬帶金光柵(圖1)。如此寬帶和高閾值(優(yōu)于0.3J/cm2)的超寬帶光柵將在寬角非共線光參量啁啾脈沖放大系統(tǒng)【W(wǎng)NOPCPA，Laser Photonics Rev 17, 2100705(2022). https://doi.org/10.1002/lpor.202100705】中發(fā)揮關(guān)鍵性作用，理論計算證明其足以支撐 4 fs 脈沖壓縮，可將實現(xiàn)百拍瓦需要的光柵口徑從米級縮減至半米級。

　　啁啾脈沖放大(CPA)及其衍生技術(shù)推動激光峰值功率從太瓦推向10PW量級，脈沖壓縮器已成為高功率超強超短激光裝置的核心模塊。受限于大口徑、寬光譜、高閾值壓縮光柵的單路負載能力，中、歐、美、俄、韓等國均已部署多路相干合成100 PW乃至艾瓦量級的激光設施建設。除此外，單周期(3.3fs)脈沖也是產(chǎn)生艾瓦級激光的重要策略之一。近些年來，WNOPCPA等技術(shù)能夠在工程上支撐增益介質(zhì)的帶寬拓展至 400 nm，從而支撐 3-6 fs的傅里葉變換極限脈沖。支持單周期脈沖展寬和壓縮的超寬帶光柵是實現(xiàn)單周期艾瓦激光的一個核心技術(shù)難題。目前，團隊正將超寬帶光柵的口徑推向米級，并將其應用于單周期艾瓦激光的原理樣機。

　　研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、科技部、上海市戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)項目的支持。