在《諾貝爾物理學家為LMN 2020世界激光制造大會特發(fā)賀詞》中我們提到了兩名諾貝爾物理學獎得主，他們分別是Gérard  Mourou和Donna Strickland，他們都因發(fā)明產(chǎn)生超短超強激光脈沖的啁啾脈沖放大技術(shù)（即CPA技術(shù)）而獲獎。

什么是啁啾脈沖放大技術(shù)？

它的發(fā)明對激光物理有怎樣的意義？

20 世紀 60 至 70 年代，超短脈沖激光研究的主流內(nèi)容是如何產(chǎn)生 更短的脈寬。1981年，隨著碰撞脈沖鎖模(Colliding Pulse Mode-locking，CPM)技術(shù) 的發(fā)明，美國貝爾實驗室的 R. L. Fork 等人利用染料激光器直接產(chǎn)生了 90fs 的脈沖，標志著超短脈沖激光研究進入了飛秒時代，也稱之為超快時代。但由于固體激光介質(zhì)的自聚焦 效應(yīng)及導致的元件損傷問題，以及液體及氣體激光介質(zhì)較低的飽和通量問題，致使激光自發(fā)明以來，強度提高的發(fā)展非常緩慢。

1986 年前后，超快激光發(fā)展歷史上迎來了 具有輝煌意義的歲月。不僅 R. L. Fork 等人通過腔外壓縮技術(shù)將 CPM 輸出的飛秒脈沖激 光推進到了 6 fs 的最短脈沖世界紀錄并保持到 1996 年，而且 F. Moulton 報道了迄今仍是 飛秒激光產(chǎn)生及放大性能最優(yōu)良的摻鈦藍寶石晶體，特別是Gérard  Mourou和Donna Strickland借鑒雷達中的微波放大技術(shù)，首次實驗演示了激光啁啾脈沖的放大與壓縮，揭開了超快激光向超強激光飛躍的序幕。

CPA技術(shù)是實現(xiàn)超短脈沖激光放大的核心技術(shù)，是實現(xiàn)高峰值功率激光的最佳手段。其原理及原因是：超短脈沖激光分支功率較高，直接放大時，能量增加后，峰值功率過高，會損傷光學鏡片及放大用的晶體等元件，需要在時域上將脈沖展寬到皮秒甚至納秒，降低峰值功率，這樣在放大過程中就降低了損傷元件的風險，而且由于脈寬變寬了，與泵浦激光的重合時間更長，可以提取更多的能量。能量放大后將光斑擴大，時域上再把脈寬寬度壓縮回到原來的超短狀態(tài)，這樣就既得到了短脈沖，又安全的獲得了高的單脈沖能量，實現(xiàn)了高峰值功率的超短脈沖激光。

由此可見，啁啾脈沖放大技術(shù)的發(fā)明，極大地推進了超短超快激光的發(fā)展和應(yīng)用，如今在國內(nèi)外的超大型激光裝置中都獲得了廣泛應(yīng)用。如果沒用CPA技術(shù)，飛秒激光可能只是曇花一現(xiàn)，難以有今天的局面。期待未來在超快超強激光領(lǐng)域，還會產(chǎn)生新的諾貝爾獎。

我國在激光物理學領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀

國內(nèi)在超快激光技術(shù)領(lǐng)域具有較強的基礎(chǔ)，CPA發(fā)明后僅僅幾年時間，中科院西安光機所、天津大學等單位在侯洵院士領(lǐng)銜的“攀登計劃”支持下，就開展了該技術(shù)的實驗研究。

近年來，中科院物理研究所、上海光機所及中國工程物理研究院等單位在科技部、863及基金委等部門的支持下，經(jīng)過多年系統(tǒng)深入的研究，相繼取得了突破世界紀錄的結(jié)果。如上海光機所去年取得的10PW的峰值功率，是目前基于CPA技術(shù)所見報導的最高峰值功率，我國科學家取得的相關(guān)成果，已在國際上形成重要影響，也極大地提高了我國在該領(lǐng)域的國際地位。

Gérard Mourou教授也曾先后多次訪問中科院西安光機所、物理研究所、上海光機所、上海交通大學等單位并做學術(shù)報告。