超强超短激光器具有广泛的应用范围，包括基础物理、国家安全、工业服务和医疗保健。在基础物理学中，此类激光器已成为研究强场激光物理的有力工具，特别是激光驱动辐射源、激光粒子加速、真空量子电动力学等。

峰值激光功率大幅提升，从1996年的1拍瓦“Nova”到2017年的10拍瓦“上海超强超快激光装置”(SULF)和2019年的10拍瓦“极光基础设施——核物理”(ELI-NP)，是由于大孔径激光器增益介质的转变(从掺钕玻璃到钛：蓝宝石晶体)。这种转变将高能激光的脉冲持续时间从大约500飞秒(fs)减少到大约25fs。

然而，钛：蓝宝石超强超短激光器的上限似乎是10拍瓦。目前，针对10拍瓦到100拍瓦的发展规划，研究人员普遍放弃钛蓝宝石啁啾脉冲放大技术，转而采用基于氘化磷酸二氢钾非线性晶体的光学参量啁啾脉冲放大技术。该技术由于泵浦信号转换效率低、时空光谱能量稳定性差，将对未来10-100拍瓦激光器的实现和应用带来巨大挑战。

另一方面，钛蓝宝石啁啾脉冲放大技术作为已在中国和欧洲成功实现两台10拍瓦激光器的成熟技术，对于下一阶段超强超短激光器的发展仍具有巨大潜力。

钛：蓝宝石晶体是一种能级型宽带激光增益介质。泵浦脉冲被吸收以在上能级和下能级之间建立粒子数反转，从而完成能量存储。当信号脉冲多次穿过钛蓝宝石晶体时，存储的能量被提取出来用于激光信号放大。然而，在横向寄生激光中，沿晶体直径放大的自发发射噪声消耗了存储的能量并降低了信号激光放大。

目前，钛蓝宝石晶体的最大孔径只能支持10拍瓦激光器。即使使用较大的钛：蓝宝石晶体，激光放大仍然是不可能的，因为随着钛：蓝宝石晶体尺寸的增加，强横向寄生激光呈指数增加。

为了应对这一挑战，研究人员采取了一种创新方法，将多个钛：蓝宝石晶体连贯地拼接在一起。据《AdvancedPhotonicsNexus》报道，该方法突破了目前钛蓝宝石超强超短激光器的10拍瓦限制，有效增加了整个平铺钛蓝宝石晶体的孔径直径，并截断了每个钛蓝宝石晶体内的横向寄生激光。平铺水晶。

上海光学精密机械研究所的通讯作者冷宇新指出：“平铺钛宝石激光放大在我们的100太瓦(即0.1拍瓦)激光系统中得到了成功演示。我们利用该系统实现了近乎理想的激光放大。技术，包括高转换效率、稳定的能量、宽带光谱、短脉冲和小焦点。”

Leng的团队报告称，相干平铺钛：蓝宝石激光放大提供了一种相对简单且廉价的方法来超越当前10拍瓦的限制。

“通过在中国的SULF或欧盟的ELI-NP中增加2×2相干平铺的钛：蓝宝石高能激光放大器，可以将目前的10拍瓦进一步提高到40拍瓦，聚焦峰值强度可以提高近10倍。”多次或更多次，”冷说。

该方法有望增强超强超短激光强场激光物理的实验能力。

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