中科院：僅1PW級(jí)激光器，就產(chǎn)生了高達(dá)50.8焦耳的激光脈沖！

超強(qiáng)和超短激光技術(shù)的重大進(jìn)步，促使了許多實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了桌面PW（拍瓦）級(jí)激光系統(tǒng)，作為研究相對(duì)論狀態(tài)下激光與物質(zhì)相互作用的一種手段。PW級(jí)飛秒激光器的重復(fù)頻率，是一個(gè)重要的實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題。近年來(lái)，重復(fù)頻率PW級(jí)激光器的發(fā)展，引起了人們的極大關(guān)注。上海超強(qiáng)超快激光裝置(SURF)是一個(gè)位于中國(guó)上海的大型科學(xué)項(xiàng)目。該項(xiàng)目于2016年正式啟動(dòng)并獲得資金，Sulf設(shè)施主要由兩條激光光束線組成。

Sulf-10PW光束線以每分鐘一發(fā)的速度運(yùn)行，Sulf-1PW光束線以0.1 Hz的重復(fù)頻率運(yùn)行。SURF可提供重復(fù)的PW級(jí)和10PW級(jí)激光脈沖，用于極端條件下材料動(dòng)力學(xué)(DMEC)、超快亞原子物理(USAP)以及大分子動(dòng)力學(xué)和極快化學(xué)(MODEC)的科學(xué)研究?，F(xiàn)在《高功率激光科學(xué)與工程》期刊發(fā)表了硫磺1PW/0.1 Hz激光光束線的最新進(jìn)展。Sulf-1PW光束線是一種典型的雙CPA系統(tǒng)，它采用了交叉偏振波產(chǎn)生(XPWG)和飛秒光學(xué)參量放大(OPA)技術(shù)相結(jié)合的新型時(shí)間濾波器。

在研究中，Sulf-1PW光束線在最終放大器后產(chǎn)生了50.8J（焦耳）的激光脈沖，放大后的脈沖能量起伏低至1.2%(STD)。壓縮后的脈沖寬度為29.6fs，最大峰值功率為1PW。利用新型時(shí)間濾波器產(chǎn)生的高能高對(duì)比度種子脈沖，在Sulf-1PW光束線上測(cè)得主脈沖前-80ps處的對(duì)比度為2.5×10^-11。對(duì)光柵壓縮器的角色散進(jìn)行優(yōu)化后，即使采用f/26.5離軸拋物面反射鏡，最大聚焦峰值強(qiáng)度也可達(dá)到2.7×10^19W/cm2。

測(cè)得1h內(nèi)水平和垂直角的起伏分別為1.89rad(標(biāo)準(zhǔn)偏差)和2.45rad(標(biāo)準(zhǔn)偏差)。μ角的水平和垂直方向波動(dòng)分別為1.89rad(標(biāo)準(zhǔn)偏差)和2.45rad(標(biāo)準(zhǔn)偏差)。適中的重復(fù)頻率、良好的穩(wěn)定性和高時(shí)間對(duì)比度使Sulf-1PW光束線成為相對(duì)論區(qū)域激光-物質(zhì)相互作用的理想驅(qū)動(dòng)激光器。SULF-1PW激光光束線目前正處于調(diào)試階段，粒子加速和二次輻射實(shí)驗(yàn)已經(jīng)初步完成。

在~300TW/0.1 Hz激光條件下，重復(fù)產(chǎn)生300 MeV準(zhǔn)單能電子。此外，在~400TW/0.1 Hz激光條件下，還獲得了14 MeV的最大質(zhì)子能量。據(jù)中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精細(xì)機(jī)械研究所Sulf課題組介紹，初步實(shí)驗(yàn)的進(jìn)展和激光器的穩(wěn)定日常運(yùn)行證明了Sulf-1PW光束線的實(shí)用性。下一步的工作將集中在進(jìn)一步提高其脈沖時(shí)空質(zhì)量上。利用聲光可編程色散濾光器和變形鏡，可以在不久的將來(lái)獲得更高的聚焦峰值強(qiáng)度。

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博科園｜研究/來(lái)自：中國(guó)科學(xué)院/張南南

參考期刊《高功率激光科學(xué)與工程》

DOI: 10.1017/hpl.2020.3

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