Rev. Phys. Appl. (Paris) 22, 1657-1663 (1987)
DOI: 10.1051/rphysap:0198700220120165700

En route vers le Petawatt

P. Maine, D. Strickland, P. Bado, M. Pessot et G. Mourou

Laboratory for laser energetics, Ultrafast Science Center, University of Rochester, 250 East River Road, Rochester, New York 14623-1299, U.S.A.

Abstract
Single picosecond pulses have been amplified to the terawatt level by a table-top size Nd :glass amplifier by using the technique of chirped pulse amplification (CPA). The divergence of the beam is twice the diffraction limit making the brightness of this source equal to ˜ 2 x 10+ 18 W/(cm. sr), which is the highest brightness ever reported. The technique of chirped pulse amplification alows the efficient energy extraction from extremely compact amplifier systems. Amplification of chirped pulses over nine orders of magnitude, i.e., from nanojoule to the joule level, has been demonstrated. By using a large scale Nd :glass amplifier system, it should be possible to extend the technique of CPA to the amplification of hundred femtosecond pulses to the hundred joule level leading to petawatt power pulses. These power pulses once focused could produce intensity in the range of 10 23 W/cm2, five order of magnitude over the present state of the art.

Résumé
Des impulsions d'une durée de 1 ps ont été amplifiées jusqu'au niveau du terawatt par un système très compact à verre dopé au néodyme basé sur l'utilisation de la technique d'amplification des impulsions à dérive de fréquence. La divergence du faisceau est égale à deux fois la limite de la diffraction, donnant à cette source une brillance de 2 x 10+ 18 W/(cm 2. sr), ce qui constitue la brillance la plus élevée jamais reportée à ce jour. La technique d'amplification d'impulsions à dérive de fréquence rend possible l'extraction de l'énergie de manière efficace dans des systèmes d'amplification extrêmement compacts. L'amplification des impulsions à dérive de fréquence a été démontrée sur neuf ordres de grandeur, du nanojoule jusqu'au niveau du joule. En utilisant une chaîne d'amplification à verre au néodyme de grandes dimensions, il devrait être possible d'étendre cette technique à l'amplification d'impulsions de cent femtosecondes jusqu'au niveau d'une centaine de joules, générant ainsi une puissance instantanée de l'ordre du pétawatt. La focalisation ultérieure de ces impulsions pourrait alors donner naissance à des intensités de l'ordre de 1023 W/cm2, 5 ordres de grandeurs au-dessus des performances actuelles.

PACS
4255R - Lasing action in other solids.
4260B - Design of specific laser systems.
4320G - Solid lasers.

Key words
neodymium -- solid lasers -- beam divergence -- picosecond pulses -- table top size Nd:glass amplifier -- chirped pulse amplification