这一成果为深入理解高压电场沿着光丝的发展和演化过程以至于最终实现激光控制雷电提供了重要的科学依据。

(a)高压电场空气击穿放电,(b)激光诱导高压电场空气击穿放电,(c)激光诱导高压电场电晕放电,(d)激光引雷概念

高功率激光物理联合实验室拍瓦激光研究历程:

据高功率激光物理联合实验室谢兴龙研究员回顾,实验室高功率超短脉冲激光的研究,最早要追溯到1996年,当时世界上第一台拍瓦(美国LLNL实验室利用NOVA的一路,采用CPA技术获得了1.24PW的输出)激光报道之后,实验室在林尊琪院士的指导下,通过国家863高技术的支持,依托联合室的两路钕玻璃激光系统,于2000年实现了20TW(1ps、20J)的输出,后来为了配合物理实验,又增加了一束20J、1.0ns的长脉冲与短脉冲同步运行,这是中国第一台皮秒级别的高功率超短脉冲激光系统。该系统从2003年正式运行到2008年总共开展了十几轮物理实验,其中超短脉冲轰击中子靶实验,获得了2.4×104的中子产额,这是国内第一次该类物理试验,与国际同期水平相当。

中国目前最具代表性和里程碑式的高功率超短脉冲激光系统,是高功率激光物理实验室于2013年完成的皮秒拍瓦超短脉冲激光系统,该系统目前是国内唯一可以提供给物理实验的拍瓦级超短脉冲激光系统。该系统的概念最早在1998年提出,依托高功率激光物理联合实验室刚刚投入运行的第九路激光,采用CPA技术,实现1kJ、1ps的输出,并开展ICF快点火的前期研究。系统2008年开始建造,由中国工程院、中国科学院和863高技术三家共同支持,2013年实现380J、5ps输出,2015年实现1kJ、1ps的拍瓦输出,目前已经成功并入神光II以及神光II升级装置的常规运行中,每年为物理实验提供几百发的打靶输出。

2009-2014年间,在国家863高技术计划的支持下,高功率激光物理联合实验室开始了800nm波段的高功率超短脉冲激光系统研究技术预研,从2013年开始,高功率激光物理联合实验室依托神光II的纳秒系统,设计了工作波长800nm、输出指标150J/30fs的激光系统,该系统通过三级OPCPA放大单元,最终为物理实验提供5PW的到靶脉冲能量。该系统2016年完成OPCPA_II放大级的建造和调试,实现了大于1PW的超短脉冲输出,并完成了第一轮的质子加速物理实验,下一步的计划是一边优化激光输出,在提供物理实验的同时,完成OPCPA_III放大级的建造和调试。在800nm波段,该系统目前是国内唯一一台可以提供到靶输出的的超短脉冲激光系统。

我国高功率激光物理联合室在高功率激光和超短脉冲技术方面的积累,所掌握的技术已经达到了世界的先进水平。

超强超短激光光源的建立与发展,及其广泛的前沿应用具有重要意义。通过在极端物理条件下对物质结构、运动和相互作用进行研究可以使得人类对客观世界规律的认识更加深入和系统。

可见,超强超短激光光源的建立与发展,及其广泛的前沿应用具有重要意义。为保持我国在该领域的领先地位,引领相关学科和技术的发展,科学家们正在积极努力、不断前行。