超越10 PW的极限：相干拼接钛宝石激光放大技术

超强超短激光是指那些具有极高的峰值功率和极短的脉冲宽度的激光，它们的峰值功率一般在1PW以上，脉冲宽度一般在几十飞秒以下。这样的激光可以产生极高的光强，达到10^22 W/cm^2 甚至更高，这相当于地球表面上太阳辐射的10^13倍！

在这样的光强下，物质会发生一些非常奇妙的现象，比如电子会被从原子核周围剥离，形成等离子体；电子会受到强烈的辐射反冲力，导致能量损失和轨道变化；真空会出现双光子对生成和双光子光电效应等效应；甚至可以模拟黑洞和引力波等天体物理现象。这些现象都属于强场量子电动力学的范畴，是目前物理学的前沿课题之一。

要产生超强超短激光，我们需要一种特殊的激光器，它的名字叫做钛宝石激光器。钛宝石激光器是一种利用钛掺杂的宝石晶体作为增益介质的固体激光器，它有几个优点，比如：它的增益带宽很宽，可以支持几十飞秒的超短脉冲；它的热导率很高，可以承受高功率的泵浦光；它的非线性效应很小，可以避免脉冲失真和损耗。

钛宝石激光器的工作原理是这样的：首先，我们需要一个低功率的连续波或脉冲激光作为种子光，它的波长一般在800 nm左右，这是钛宝石晶体的增益峰值处；然后，我们需要一个高功率的脉冲激光作为泵浦光，它的波长一般在500 nm左右，这是钛宝石晶体的吸收峰值处；接着，我们把种子光和泵浦光同时输入到钛宝石晶体中，让它们在空间和时间上重合，这样就可以实现对种子光的放大；最后，我们把放大后的种子光通过一个色散补偿装置，把它的脉冲拉伸到最短，这样就可以得到超强超短的激光输出。这个过程叫做啁啾脉冲放大，是目前产生超强超短激光的主要技术。