チャープパルス増幅
チャープパルス増幅(チャープパルスぞうふく、英: Chirped pulse amplification, CPA)とは、ペタワットにも及ぶ高出力の超短パルスレーザーを、時間的および周波数的に引き伸ばされたスペクトルを持つレーザーパルスを元に増幅する手法である。
CPA はラザフォード・アップルトン・ラボラトリーのセントラル・レーザー施設(英語版)に設置されたバルカンレーザー(英語版)、ネブラスカ大学リンカーン校のディオクレスレーザー、大阪大学レーザー科学研究所の激光XII号レーザー、ロチェスター大学レーザーエネルギー研究所のオメガEPレーザー、ローレンス・リバモア国立研究所のノバレーザー(解体済)など、国立点火施設の ≈500 TW レーザーをのぞく、出力がおおよそ100テラワットを超える世界最高出力級のレーザーの全てで用いられている最先端技術である。これらの最先端研究施設の他にも、ピーク出力10~100ギガワットのチタンサファイアレーザーベースの CPA システムが商業販売されている。
チャープパルス増幅は、元々はレーダーの出力限界を押し上げるために1960年に発明された技術である。CPA がロチェスター大学のドナ・ストリックランドとジェラール・ムルにより初めてレーザーに応用されたのは1980年代中頃のことで、二人はこの業績により2018年ノーベル物理学賞を受賞している 。それ以前のレーザーパルスのピーク出力は、ギガワット毎平方センチメートル程度の放射照度を超えるとレーザー媒質が自己収束(英語版)をはじめとする非線形光学現象によって損傷してしまうために制限されていた。例えば、世界最高出力級の圧縮 CPA レーザービームの放射照度は収束前の大開口状態でも 700 GW/cm を超えることがあるが、この強度のレーザーが空気中もしくはレーザー媒質中を伝播したならば、一瞬のうちに自己収束を起こしてプラズマを形成するかフィラメント伝播(英語版)を起こしてしまい、どちらにせよ元のビームの望ましい性質が失われてしまううえ、逆反射によりレーザー発振器を破壊してしまうこともありうる。非線形光学現象の起こる放射照度を超えないようにしながらレーザーパルスを発振させるためには、レーザー発振器を大規模で高価なものにせざるをえず、非常に大規模なマルチビーム施設でさえもレーザーパルスのピーク出力は数百ギガワットからテラワット級に限られてしまう。