超短超強激光在激光加速、激光聚變、阿秒科學、天體物理、核物理、高能物理、原子分子物理、核醫(yī)學等領域具有重大應用價值，是國際激光科技競爭前沿之一。目前全球范圍內(nèi)的商品化超短超強激光光源以及相應的泵浦激光系統(tǒng)大部分是由法國Thales 和Amplitude提供。

    在科技部重點研發(fā)計劃的支持下，北京大學正在開展基于超短超強激光的質子放療系統(tǒng)，而穩(wěn)定可靠的重頻超短超強激光是整個系統(tǒng)的核心單元。為了避免“卡脖子”問題，在北京大學和廣東省新興激光等離子體技術研究院的大力支持下，2020年激光加速團隊骨干成員趙研英高級工程師帶隊開始了拍瓦激光前端-200TW激光系統(tǒng)的研制工作，經(jīng)過2年的艱辛攻關，2022年8月4日，成功完成200TW激光系統(tǒng)現(xiàn)場測試，峰值功率達到了214.8TW。

    為滿足激光質子放療系統(tǒng)的應用需求，200TW激光系統(tǒng)以啁啾脈沖放大技術（CPA）和交叉偏振濾波技術（XPW）為總體技術路線，同時研究了激光波前探測及控制方案，保證了激光器輸出光斑空間品質。最終獲得能量8.6J，能量穩(wěn)定性1.3%，重復頻率1Hz，脈沖寬度29.2fs，峰值功率214.8TW的激光系統(tǒng)。在保證激光參數(shù)性能先進的同時,針對應用需要增加了多項關鍵附屬功能：包括回光監(jiān)測系統(tǒng)、低重頻激光自準直系統(tǒng)、大能量大尺寸激光衰減系統(tǒng)等，為實現(xiàn)200TW激光系統(tǒng)和PW激光系統(tǒng)的產(chǎn)品化向前邁出了一步。

    在200TW激光系統(tǒng)研制過程中，課題組與上海光機所、長春光機所、卓鐳激光等國內(nèi)技術優(yōu)勢單位合作，成功地實現(xiàn)泵浦源、激光增益介質等核心器件國產(chǎn)化替代，實現(xiàn)了200TW/1Hz高對比度激光系統(tǒng)國產(chǎn)化，有效地應對國內(nèi)外環(huán)境變化帶來的影響。課題組前期也為新奧公司研制了一臺10TW飛秒激光裝置，即將用于聚變等離子體堆芯二維磁場診斷研究。上述研發(fā)可以顯著降低超短超強激光的研制成本，為實現(xiàn)擁有自主知識產(chǎn)權、穩(wěn)定可靠、普適性高的商用量產(chǎn)PW激光器系統(tǒng)打下了堅實的基礎，也為激光質子放療系統(tǒng)規(guī)模應用奠定了重要基礎。