超强超短激光器的应用范围广泛，包括基础物理、国家安全、工业服务和医疗保健。在基础物理学中，这种激光器已成为研究强场激光物理的有力工具，特别是激光驱动的辐射源、激光粒子加速、真空量子电动力学等。
从 1996 年的 1 拍瓦“Nova”到 2017 年的 10 拍瓦“上海超强超快激光设施”和 2019 年的 10 拍瓦“极光基础设施 - 核物理”，峰值激光功率的急剧增加是由于大孔径激光器的增益介质发生了变化。这种转变将高能激光器的脉冲持续时间从大约 500 飞秒减少到大约 25 fs。
然而，钛：蓝宝石超强超短激光器的上限似乎是 10 拍瓦。目前，对于10拍瓦到100拍瓦的发展规划，研究者普遍放弃了钛蓝宝石啁啾脉冲放大技术，转而采用基于氘代磷酸二氢钾非线性晶体的光学参量啁啾脉冲放大技术。该技术由于泵浦到信号的转换效率低，时空光谱能量稳定性差，将对未来10-100拍瓦激光器的实现和应用构成巨大挑战。另一方面，钛蓝宝石啁啾脉冲放大技术作为一项成熟技术，已在中欧两地成功实现两台10拍瓦激光器，在超强超短激光器下一阶段发展中仍具有巨大潜力。
钛：蓝宝石晶体是一种能级型宽带激光增益介质。泵浦脉冲被吸收以在上能级和下能级之间建立人口反转，从而完成能量存储。当信号脉冲多次通过钛蓝宝石晶体时，储存的能量被提取出来用于激光信号放大。然而，在横向寄生激光中，沿晶体直径放大的自发发射噪声会消耗存储的能量并降低信号激光放大。
目前，钛：蓝宝石晶体的最大孔径只能支持10拍瓦的激光器。即使使用较大的钛：蓝宝石晶体，激光放大仍然是不可能的，因为随着钛：蓝宝石晶体尺寸的增加，强烈的横向寄生激光呈指数增长。
为了应对这一挑战，研究人员采取了一种创新方法，将多个钛蓝宝石晶体连贯地拼接在一起。据报道，该方法突破了目前钛：蓝宝石超强超短激光器10 petawatt的限制，有效地增加了整个平铺钛：蓝宝石晶体的孔径，并截断了每个平铺晶体内的横向寄生激光。
通讯作者、上海光学精密机械研究所的Yuxin Leng指出：“平铺钛：蓝宝石激光放大在我们的100太瓦激光系统中成功演示。我们使用这项技术实现了近乎理想的激光放大，包括高转换效率、稳定的能量、宽带光谱、短脉冲和小焦点。
Leng的团队报告说，相干平铺的钛：蓝宝石激光放大提供了一种相对简单和廉价的方法，可以超越目前的10拍瓦限制。“通过在中国的 SULF 或欧盟的 ELI-NP 中添加 2×2 相干平铺钛蓝宝石高能激光放大器，目前的 10 拍瓦可以进一步提高到 40 拍瓦，聚焦峰值强度可以提高近 10 倍或更多，”冷说。
该方法有望增强超强超短激光器在强场激光物理中的实验能力。
