日本国立研究开发法人量子科学技术研究开发机构（简称QST）关西光量子科学研究所光量子束科学研究部的桐山博光团队负责人，联合同志社大学理工学部的研究团队，开发出一项能够将多束激光以30万亿分之一秒的时间精度进行同步叠加，突破了长期被认为难以逾越的激光输出功率壁垒。由此实现了约为既往叠加技术1000倍的峰值输出。相关成果已发表在《Optics Letters》的网络版上。
图1 介绍研究成果的桐山博光（供图：科学新闻社）
要提高激光输出功率，主流方式是扩大光束口径，但这种方法的设备大型化已接近极限。因此，此前有人提出了将多束激光叠加产生强光的相干光束合成法。然而，既往方法需要对齐时序以防止相位偏移，因此无法适用于脉冲宽度约为30万亿分之一秒的激光。
研究团队构思了一种全新的相干光束合成法，使多束激光在传播同一光学路径的同时进行放大，从而实现了约1.2太瓦的峰值输出，比既往叠加方式的最高输出高出约3个数量级。桐山团队负责人表示：“使用同一光学路径时，哪怕反射镜只有极微小的偏移都会导致失败。为了能够简单且高精度地调整反射镜，我们用了近10年时间反复进行实验和改进，终于实现了这一技术”。
图2．通过新构思的相干合成装置获得的实验结果（供图：量子科学技术研究开发机构）
应用这套全新相干光束合成法，就有可能实现与光束数量成正比的高峰值输出。目前，全球最高水平为中国创下的拍瓦级峰值输出，但若应用新方式，则有望实现艾瓦级。高功率激光不仅可应用于极限物质科学等基础科学，还可拓展至半导体光刻、重粒子线治疗装置、激光核聚变等领域。研究团队今后将推进相关研讨，致力于搭建可供共享使用的大功率激光装置。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Optics Letters
论文：Femtosecond terawatt pulses by multi-dimensional passive coherent beam combining with a Ti:sapphire amplifier
DOI：doi.org/10.1364/OL.608196
