硬X射線自由電子激光裝置總長(zhǎng)約3.1公里，工程任務(wù)是建設(shè)一臺(tái)能量8GeV的超導(dǎo)直線加速器、3條波蕩器線、3條光束線以及首批10個(gè)實(shí)驗(yàn)站。裝置建設(shè)內(nèi)容包括：注入器、主加速器、FEL放大器(波蕩器線)、光速線和實(shí)驗(yàn)站，還有包括束流診斷、控制、激光、同步、數(shù)據(jù)采集與處理等在內(nèi)的公共子系統(tǒng)，以及低溫、公用設(shè)施等配套系統(tǒng)和設(shè)施。

近期，上海光機(jī)所在100拍瓦激光裝置中的高性能種子源方面取得新進(jìn)展。研究人員采用超連續(xù)譜產(chǎn)生結(jié)合飛秒光學(xué)參量放大技術(shù)，通過(guò)級(jí)聯(lián)光參量放大和精密色散控制技術(shù)獲得了重復(fù)頻率1kHz、與超寬帶光學(xué)參量放大匹配的910nm中心波長(zhǎng)、高于100微焦的脈沖能量、大于200nm的超寬帶寬、小于15fs的脈沖寬度、優(yōu)于1012的超高時(shí)間對(duì)比度以及時(shí)空質(zhì)量?jī)?yōu)良的輸出，綜合性能滿足了100拍瓦激光系統(tǒng)的要求。

拍瓦：1拍瓦=1000太瓦。1拍=1000*1000太W=1000*1000*1000兆W。指功率的單位，瓦(國(guó)際單位制中功率單位“瓦特”的簡(jiǎn)稱(chēng))一般指瓦特(功率單位)。瓦特是國(guó)際單位制的功率單位。瓦特的定義是1焦耳/秒(1J/s)，即每秒轉(zhuǎn)換、使用或耗散的(以焦耳為量度的)能量的速率。在電學(xué)單位制中，是伏特乘安培乘功率因數(shù)(1V·A，簡(jiǎn)稱(chēng)1伏安)。

超 強(qiáng)超短激光一般是指峰值功率大于1太瓦(1太瓦=1萬(wàn)億瓦)，脈沖寬度小于100飛秒(1飛秒等于1千萬(wàn)億分之一秒)的激光。此次成功實(shí)現(xiàn)的10拍瓦激光放大輸出，則等于1億億瓦，相當(dāng)于全球電網(wǎng)平均功率的5000倍。100飛秒是怎樣的瞬間呢?100飛秒相當(dāng)于十萬(wàn)億分之一秒，即使每秒飛行30萬(wàn)千米的光，在這么超短的時(shí)間內(nèi)也只能走一根頭發(fā)絲粗細(xì)的距離。此次激光脈沖寬度經(jīng)過(guò)脈沖壓縮器壓縮后僅僅為21飛秒。

拍瓦超 強(qiáng)超短激光能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)創(chuàng)造出前所未有的超 強(qiáng)電磁場(chǎng)、超高能量密度和超快時(shí)間尺度綜合性極端物理?xiàng)l件，在激光加速、激光聚變、核醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有重大應(yīng)用價(jià)值，是國(guó)際激光科技競(jìng)爭(zhēng)前沿之一，多個(gè)國(guó)家已提出了大型超 強(qiáng)超短激光裝置研究計(jì)劃。

光學(xué)參量放大器

光參量放大是指一束高頻率的光和一束低頻率的光同時(shí)進(jìn)入非線性介質(zhì)中，出來(lái)的光當(dāng)中低頻率的光由于差頻效應(yīng)而得到放大，這種現(xiàn)象稱(chēng)為光參量放大。一束高頻率的光和一束低頻率的光同時(shí)進(jìn)入非線性介質(zhì)中，出來(lái)的光當(dāng)中低頻率的光由于差頻效應(yīng)而得到放大，這種現(xiàn)象稱(chēng)為光參量放大。

光學(xué)參量放大器(簡(jiǎn)稱(chēng)OPA)是通過(guò)應(yīng)用光學(xué)參量生成(簡(jiǎn)稱(chēng)OPG)來(lái)執(zhí)行激光的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的裝置的總稱(chēng)。光學(xué)參量振蕩(光學(xué)參量振蕩器，簡(jiǎn)寫(xiě)OPO)也是但實(shí)質(zhì)上同樣的事情，光參量振蕩光參量產(chǎn)生振蕩器，而在，OPA做時(shí)必須在振蕩器進(jìn)行并不總是一樣的。通過(guò)光學(xué)參量放大，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制非線性介質(zhì)的角度，只需觸摸按鈕即可產(chǎn)生各種波長(zhǎng)的光。

光學(xué)參量放大是通過(guò)利用非線性光學(xué)效應(yīng)來(lái)增加特定頻率的光強(qiáng)度的操作，配備有該機(jī)制的設(shè)備稱(chēng)為光學(xué)參量放大器。在光學(xué)參量放大中，信號(hào)光被稱(chēng)為種子光和種子光，并且被泵浦光放大。作為放大的結(jié)果，泵浦光的強(qiáng)度變得非常弱，并且產(chǎn)生空轉(zhuǎn)光。信號(hào)光和泵浦光在非線性介質(zhì)中相互作用以產(chǎn)生空轉(zhuǎn)光的原理與產(chǎn)生差頻相同，但是光參量放大強(qiáng)調(diào)放大信號(hào)光。這是因?yàn)槿肷涞浇橘|(zhì)上的信號(hào)光的強(qiáng)度比泵浦光的強(qiáng)度低得多，因此泵浦光的能量移動(dòng)到信號(hào)光和惰輪光。

啁啾脈沖放大技術(shù)

原理是放大前分散激光種子脈沖的能量，放大后再集中。激光物質(zhì)有一個(gè)臨界功率，在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)一直是激光放大的極限。啁啾放大技術(shù)的原理是放大前分散激光種子脈沖的能量，放大后再集中。此技術(shù)使激光功率提高了1000倍到TW級(jí)，并得以從此穩(wěn)步提高。在光纖通信中通常有線性啁啾和非線性啁啾兩種，前者是由于光纖二階色散(GVD)引起，后者由于脈沖本身的相位調(diào)制作用(SPM)即可引入。

參量放大過(guò)程中，使泵浦光工作在高強(qiáng)的窄譜帶狀態(tài)，而信號(hào)光則是寬譜帶的啁啾脈沖，經(jīng)過(guò)非線性晶體的耦合放大后，再壓縮回飛秒脈沖。由于在光學(xué)啁啾脈沖參量放大中只有泵浦光和信號(hào)光同時(shí)在晶體中得到匹配時(shí)才能產(chǎn)生放大，因此在主脈沖之外的噪聲得到很好的抑制。同是因?yàn)楣鈱W(xué)參量放大的高增益，使得系統(tǒng)的光學(xué)介質(zhì)減少，由此降低了色散，避免了傳統(tǒng)CPA激光的B積分問(wèn)題;另外晶體對(duì)抽運(yùn)光光和信號(hào)光都是透明的，可以防止熱效應(yīng)，這些都有助于光束質(zhì)量的提高。

新聞來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所