具有超短脈衝和超高能量的超強鐳射是探索物理學、宇宙學、材料科學等未知領域的強大工具。在啁啾脈衝放大(CPA)(2018年諾貝爾物理學獎)的幫助下，目前的記錄已經達到10千萬億瓦(或1016瓦)。在最近發表在《科學報告》上的一項研究中，大阪大學的研究人員提出了下一代超強鐳射器的概念，其模擬峰值功率達到埃瓦級(1埃瓦等於1000千萬億瓦)。

1960年t·h·梅曼博士發明的鐳射，具有高強度(或脈衝鐳射器的高峰值功率)的一個重要特徵:歷史上，鐳射峰值功率經歷了兩個階段的發展。在鐳射誕生後不久，q開關和鎖模技術將鐳射峰值功率提高到千瓦(103瓦)和十億瓦(109瓦)。1985年，Gerard Mourou和Donna Strickland發明CPA技術，避免了材料損傷和光學非線性，鐳射峰值功率顯著提高到太瓦(1012瓦)和千瓦時(1015瓦)。今天，兩個10萬億瓦CPA鐳射器分別在歐洲(ELI-NP鐳射器)和中國(SULF鐳射器)進行了演示。

目前，世界各國的萬億瓦鐳射器裝置規模很大，專案投資也很高。未來超強鐳射器的下一步是透過壓縮脈衝持續時間來進一步增加峰值功率，而不是增加脈衝能量。

在他們之前的研究(OSA Continuum, DOI: 10.1364/OSAC.2.001125)中，該小組開發了一種新的設計，廣角非共線光學參量啁啾脈衝放大(WNOPCPA)，以增加放大的光譜，從而減少壓縮的脈衝。WNOPCPA的關鍵機制是利用多束泵浦來增加總頻寬，而多束泵浦對應不同的放大光譜。通訊作者李朝陽解釋說:“然而，在應用WNOPCPA進行大型工程時，除了可能造成的破壞外，泵的干擾也是一個潛在的問題。”

透過雙光束泵浦的WNOPCPA和精心最佳化的相位匹配，完全避免了泵浦干擾，實現了雙寬光譜的超寬頻頻寬，實現了小於10 fs的高能鐳射放大。當該鐳射器與後壓縮技術相結合時，非線性效應引起的光譜展寬得到了顯著增強，模擬結果表明，該鐳射器的最高峰值功率可以達到exwatt級。

該設計具有兩個優點:一是WNOPCPA的超寬頻放大，二是壓縮後非線性譜展寬的增強。這項研究可能為進一步提高鐳射峰值功率提供了一種可能的方法，甚至可以達到艾瓦級。”李朝陽說。