据中国激光杂志社网，于2023年06月14日报道，上海光机所：薄片展宽和滤波，实现800-1050 nm种子脉冲。

        多薄片脉冲压缩与对比度提升技术

        高功率10-100拍瓦级激光的输出受限于激光晶体的尺寸。目前国内外通常使用基于磷酸二氢钾（deuterated potassium dihydrogen phosphate, DKDP）的光参量啁啾脉冲放大技术（optical parametric chirped pulse amplification, OPCPA）来设计如此高功率的激光装置，这就需要中心波长约910 nm的种子脉冲。此外，种子脉冲也需同时满足高时域对比度和高稳定性。

        目前国内外产生该种子光的技术主要是基于Ti:sapphire激光器或者Yb激光器这两类。Ti:sapphire激光器中心波长为800 nm，用于产生种子光时通常需要多级非线性过程，存在能量效率低、装置复杂和成本高等问题。Yb激光器虽然光谱较窄，但是多年的工业使用经验告诉我们，它具有更高的稳定性和可靠性，因此实验采用此类激光器。应对光源光谱较窄这一缺陷，需先展宽光谱才能获得宽光谱的超短脉冲输出。

        本文实验采用多薄片的光谱展宽技术，主要是依靠激光与薄片的非线性相互作用，其中包括自相位调制、自聚焦、四波混频和交叉相位调制等三阶非线性过程。此三阶非线性过程产生的新光谱相较于原光谱具有更高的时间对比度。再通过滤波片将新的光谱滤出，与多薄片展宽相结合，可以获得所需的高时域对比度和少周期量级的种子光脉冲。

        上海光机所强场激光物理国家重点实验室基于中心波长1030 nm、190 fs的Yb激光器，通过多薄片光谱展宽和光谱滤波简单方法，产生了高性能的86 μJ、11.2 fs、800-1050 nm的脉冲。脉冲拥有出色的功率稳定性和光谱稳定性，时间对比度至少提高了四个数量级。该方法可以为10-100拍瓦（PW）激光提供种子脉冲。

        成果发表在High Power Laser Science and Engineering 2023年第1期的文章 (Wenhai Liang, Renjing Chen, Yilin Xu, Yaping Xuan, Peng Wang, Jun Liu, Ruxin Li. High-performance 800–1050 nm seed pulses based on spectral broadening and filtering for petawatt lasers[J]. High Power Laser Science and Engineering, 2023, 11(1): 010000e8)。

        实验过程及结果

        该激光系统的结构如图１所示，主要包括2级（黑色虚线）。透镜L1、L3、L4起会聚作用，L2、L5负责准直。会聚光束与Al2O3产生非线性作用，使得光谱展宽，过程中积累的正啁啾由啁啾镜CMs1、CMs2、楔板对（Wedges）进行补偿。低通滤波器（short-pass filter, SP-filter）将B位置处的脉冲进行光谱滤波，把原Yb激光器的光谱完全滤除。图中所示的YAG 晶体直到对比度测量时才被使用。

        实验过程中的光谱演变及最终输出的脉冲详见图2，其中时间特性的表征是通过课题组自制的全反射式瞬态光栅-自参考光谱干涉仪（transient-grating-based self-referenced spectral interference，TG-SRSI）测得。最终输出的激光脉冲同时保持了很好的功率稳定性（0.324% RMS@5 hours）和光谱稳定性（0.126% RMS@30 minutes）。

        实验采用了自制的二阶自相关（second-order autocorrelation，SAC）装置测量对比度，结果如图3所示。YAG晶体用于产生强度较小的后脉冲作为参考，该后脉冲的延迟时间为12.26 ps，相对强度约10-2。种子脉冲在相同的延迟时间处没有峰值，证实了时间对比度至少有4个数量级的改进，优于入射脉冲对比度的三次方。

        因测量结果受到低能量、散射介质的噪声和光谱仪灵敏度的限制，输出种子脉冲的真正时间对比度的改进应高于测量结果。在±6.02 ps和±21.65 ps处的峰值分别是SAC中使用的BBO晶体和分束器前后表面反射所引起的，对于实际对比度没有影响。此外，在±9.46 ps和±15.59 ps处的小脉冲，也被非线性和光谱滤波过程所滤除。

        总结与展望

        基于更稳定和经济的Yb飞秒激光器，采用光谱展宽和滤波的简单方法，产生了800-1050 nm、高对比度、高功率与光谱稳定性和短脉宽的种子激光脉冲。在未来，将通过增加输入脉冲能量或增加第三级多薄片展宽，有望获得更高的脉冲能量和更宽的光谱范围的激光脉冲。所提出的方法除了可以为高功率装置产生种子脉冲外，还有助于产生高稳定、高对比度的激光脉冲用于泵浦探测实验。