上海光机所知识创新简报（第四三七期）2018年3月14日
上海光机所“神光Ⅱ”飞秒拍瓦级激光装置研究取得新进展
上海光机所高功率激光物理联合实验室依托“神光Ⅱ”系列装置提供的高效泵浦源，采用全光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）技术，经过三级OPCPA放大器，实现150J/30fs的到靶激光脉冲输出。历时三年的攻关研制，前两级的OPCPA已达到1.76PW的输出。2018年2月，装置完成第二阶段验证实验，物理打靶成功率达到88.8%。
飞秒拍瓦级激光装置是强场物理等前沿基础研究的重要手段，国际上多个国家和地区都开展了该类大型超短脉冲激光装置的研制。该类激光装置的输出性能有别于其他类型的激光装置，即要在焦点处实现拍瓦级聚焦功率密度，对于激光输出的时空特性、光束指向性等具有极高要求。“神光Ⅱ”飞秒拍瓦级激光装置攻关计划分为两个阶段：一是激光拍瓦级输出和验证，二是综合实验验证，提升拍瓦输出的稳定可控，以便满足装置的实用性需要。该装置将成为神光Ⅱ装置多功能、多种脉冲组合打靶的综合性激光物理平台的有机组成部分。
第二阶段的实验围绕装置稳定提供物理实验这一核心目标，着力解决第一阶段联机实验中暴露的问题，系统总体与单元性能方面获得了显著提升，在现有泵浦参数与同步控制精度不变的情况下，通过优化OPCPAI晶体参数与匹配结构，在输出能量、转换效率、稳定性与光束质量方面得到显著提升，转换效率42.8%，稳定性达到1.67%RMS；OPCPAII通过优化泵浦光的有效光束口径与能量填充度，光束口径增加11%，最大可输出40.7J能量, 转换效率高达41.9%，为当前报道大口径OPCPA的最高转换效率。在终端调靶方面，增加了真空中的监控手段，大大提高了调靶的精度与复位精度，结合自适应光学闭环控制，降低了系统的剩余残差，808nm波长上获得静态聚焦焦斑直径由原来的10μm 减小到4.4μm。在聚焦能力方面，由于系统各部分的优化，系统输出的能量更加稳定可控，焦斑更小；能量集中度显著提升，使该激光装置在二级OPCPA的半能量输出条件下，实现10
20W/cm
2量级聚焦功率密度下的稳定输出。（高功率激光物理联合实验室供稿）
图1.OPCPAI放大后的近场和光谱图
图2.输出光近场波前与聚焦焦斑图
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