中国科学院、上海科技大学、上海光机所和张江实验室研究了相干拼接钛宝石激光放大技术。相关论文以“Coherently tiled Ti:sapphire laser amplification: a way to break the 10 petawatt limit on current ultraintense lasers”为题发表在《Advanced Photonics Nexus》上。

超强超短激光在基础物理领域应用中，这种激光器现已成为强场激光物理学的有力研究工具，尤其在激光驱动辐射源、激光粒子加速、真空量子电动力学等方面的研究。

图示:相干拼接钛宝石激光放大。

目前，钛宝石晶体的最大孔径只能支持10PW激光器。即使使用更大的钛宝石晶体，仍然无法实现激光放大，因为随着钛:蓝宝石晶体尺寸的增大，强烈的横向寄生振荡会呈指数级增长。

研究团队在100太瓦(即0.1拍瓦)激光系统中成功地展示了拼接钛宝石激光放大。利用这种技术实现了近乎理想的激光放大，包括高转换效率、稳定的能量、宽带光谱、短脉冲和小焦斑。

在目前的10 PW超强激光器中添加2×2拼接钛宝石放大器是一种可行的技术，可以打破10 PW的限制，并将记录的最高峰值功率直接提高4倍，进一步接近亿瓦级。

图示：实验结果

论文中，研究人员将多个钛宝石晶体相干地拼接在一起。论文报道，这种方法突破了目前钛宝石超强超短激光器的 10PW限制，有效地增大了整个拼接钛宝石晶体的孔径，同时截断了每个拼接晶体内的横向寄生振荡。

图示:a，相干拼接钛宝石激光放大和横向寄生振荡，b，横向寄生振荡呈指数级增长，c，横向寄生振荡

相干拼接钛宝石激光放大技术为超越目前的10PW极限提供了一种相对简单和廉价的方法。

实验可以将目前的10PW进一步提高到40PW，聚焦峰值强度提高近10倍甚至更多。

这种方法有望提高超强超短激光在强场激光物理方面的实验能力。