劳伦斯利弗莫尔国家实验室开发新大型衍射光栅

近日，由劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）协调的一项研究合作开发了新的大型衍射光栅，该光栅能够提供功率高达50拍瓦的超短激光脉冲。到目前为止，该团队已经生产了尺寸为85cm×70cm的高能脉冲压缩光栅，将安装在捷克共和国布拉格附近ELI-Beamlines设施的L4-ATON 激光系统中。L4-ATON预计将产生1.5千焦、150飞秒的脉冲相当于10拍瓦的功率，以前所未有的每分钟一发的重复率。

一名技术人员正在检查最近制造的8个高能、低色散光栅中的一个，这些光栅将安装在L4-ATON激光系统中。在啁啾脉冲放大过程中，超短激光脉冲被放大到拍瓦级，并在时间和光谱上被拉伸后被放大，然后再次被压缩。光栅提供拉伸和压缩，但容易受到重新定向拍瓦级脉冲的损坏

基于获得诺贝尔奖的啁啾脉冲放大技术，L4-ATON等激光系统必须在不损坏光学元件的情况下拉伸、放大和压缩高能脉冲。这意味着所使用的脉冲压缩光栅必须足够大、高效且坚固，以承受激光脉冲的高光子通量。

LLNL的衍射光学小组与来自ELI-Beamlines、Spectra Physics和National Energetics的合作者一起生产了高能、低色散 多层介质光栅。据说它们处理的总能量是目前最先进技术的三倍左右，正如LLNL高级激光科学家、国家点火设施衍射光学组负责人Hoang Nguyen解释的那样：高能、低色散栅配置为37度的利特罗角（最大光栅效率角度），允许更大的光束宽度62.5厘米。

增加光束高度以产生方形光束，并考虑LIDT（激光诱导损伤阈值）的差异，与早期高色散、76.5度入射角的光栅设计相比，光栅上的总能量增加了大约3.4倍。高能、低色散光栅具有出色的均匀性，这是由于其设计在大范围的凹槽宽度和高度以及良好控制的介电层厚度上具有高效率。

虽然L4-ATON激光束线将能够利用当前技术提供10拍瓦的脉冲，但LLNL团队建议，通过结合更大的米级高能、低色散光栅，未来的系统可以达到20-50拍瓦，为等离子体和高能量密度物理学、天体物理学、医学诊断、工业加工等领域的研究提供帮助。