啁啾脉冲放大

啁啾脉冲放大（英语：Chirped pulse amplification, 缩写: CPA）是一种用于放大激光超短脉冲（英语：Ultrashort pulse）直到达到拍瓦（petawatt）水平的技术，其中激光脉冲在放大之前在时间上和光谱上被拉伸^[1]。

啁啾脉冲放大技术是目前世界上除了功率约为500 TW的国家点火装置之外的所有最高功率激光器（大于约100 TW）使用的最先进技术。 这些激光器的一些例子是拉塞福－阿普顿实验室的中央激光设施（英语：Central Laser Facility）的Vulcan拍瓦升级，内布拉斯加大学林肯分校的Diocles激光器，大阪大学激光工程研究所GEKKO XII设施的Gekko拍瓦激光器， 罗切斯特大学激光能量学实验室的OMEGA EP激光器，和劳伦斯利弗莫尔国家实验室前Nova激光（英语：Nova (laser)）现已拆除的拍瓦系列。除了这些最先进的研究系统之外，许多商业制造商还销售钛-蓝宝石型（英语：Ti-sapphire laser）啁啾脉冲放大，峰值功率为10到100 GW。

使用啁啾脉冲放大技术，设置强度高达10²² W /cm²的激光器，脉冲长度为几个飞秒（10^-15秒）。

背景

图1. 具有负色散的基于光栅的压缩器的示意图布局，即短波长（蓝色）首先出现。

啁啾脉冲放大技术是最初被发明于1960年用来增加雷达可用功率的技术^[2]。用于激光的啁啾脉冲放大技术于1985年由当时在罗彻斯特大学的热拉尔·穆鲁和唐娜·斯特里克兰引入^[3]，他们于2018年获得诺贝尔物理学奖^[4]。

原理

光脉冲越短，所包含频率的频谱越宽。 这是由于光脉冲描述为波包（参见同一篇文章）。 对于高斯波包，在时间长度Δt和谱宽Δω之间应用以下关系：

${\displaystyle \Delta t\propto {\frac {1}{\Delta \omega }}.}$

光学元件可以不同地折射或延迟不同频率的光。 通过布置光学元件，主要使用栅格和棱镜，可以不同地延迟（短）激光脉冲的不同频率分量，并且可以在空间上分离和再次压缩脉冲。

参阅

• 物理主题
• 技术主题

• 群速度
• 锁模技术
• 飞秒技术（英语：Femtotechnology）
• 钛-蓝宝石激光（英语：Ti-sapphire laser）
• 超短脉冲（英语：Ultrashort pulse）

参考资料

1. Paschotta, Rüdiger. Chirped-pulse Amplification. RP Photonics Encyclopedia. July 1, 2017 [October 2, 2018]. （原始内容存档于2020-11-02）.
2. Cook, Charles. Pulse Compression-Key to More Efficient Radar Transmission. Proceedings of the IRE (Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)). 1960, 48 (3): 310–316. ISSN 0096-8390. doi:10.1109/jrproc.1960.287599.
3. Strickland, Donna; Mourou, Gerard. Compression of amplified chirped optical pulses (PDF). Optics Communications (Elsevier BV). 1985, 56 (3): 219–221 [2018-10-06]. ISSN 0030-4018. doi:10.1016/0030-4018(85)90120-8. （原始内容 (PDF)存档于2018-12-23）.
4. The Nobel Prize in Physics 2018. Nobel Foundation. [2 October 2018]. （原始内容存档于2018-10-02）.