上海光机所在100PW激光系统的色散控制方面取得新进展

早在1997年Kane和Squier就提出了非匹配光栅压缩器。与传统的Treacy压缩器不同，非匹配光栅压缩器引入了一个额外的可变参数—光栅刻线密度。通过优化展宽器-压缩器中的光栅对间距和入射角的失配，可以实现二阶色散(GDD)和三阶色散(TOD)的补偿；通过优化展宽器-压缩机中光栅刻线密度的失配，可以实现四阶色散(FOD)的补偿。因此，非匹配光栅压缩器可以实现GDD、TOD和FOD的同时补偿，从而获得近傅里叶变换极限(FTL)的压缩脉冲。然而，之前基于非匹配光栅压缩器的两个PW级飞秒激光器的实验结果并不理想，压缩脉宽仅有~30 fs，与FTL值相差甚远。这主要是受到当时光栅种类的限制，上述两种激光器采用的光栅没有配备最优的刻线密度。随着光栅制造技术的发展，目前可以定制任意槽密度的光栅，这也使得非匹配光栅压缩器具有良好的色散管理潜力。但作为一种被动色散管理方法，非匹配光栅压缩器在实际应用中的可行性仍不确定。

图1.数值模拟的100PW激光放大光谱和基于非匹配光栅压缩器的输出脉冲。

图2.材料色散和光栅刻线密度同时存在误差时，基于非匹配光栅压缩器的输出脉冲宽度(a)和容忍度(b)。