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前沿领域:我国5PW激光系统将开展首轮物理实验

2017-07-24 09:54
苏子言岁月
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SGII-5PW系统在完成激光系统的前期优化后,于2017年7月成功开展了首轮物理磨合实验。该磨合实验由高功率激光物理联合实验室5PW课题组和中物院11所共同完成,实验中采用不等厚度的铜靶与激光相互作用,对20μm厚度的铜靶获得了满足ICF诊断照相需求的质子产量,质子平均能量大于7MeV(最大动能大于10MeV)。

从实验结果反推激光输出聚焦功率密度超过5×1019W/cm2,这与按照系统测量参数推算的结果相符。本轮物理实验完成大能量总发次14发,成功13发,成功率93%,能量稳定度优于5%RMS,装置运行稳定,证明了装置的可用性,在1.6PW输出上初步可以提供物理实验,满足物理实验的需求。

SGII-5PW系统为依托于SGII装置的飞秒级高功率超短脉冲激光系统,该系统采用全光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)技术,经过三级OPCPA放大器,最终实现150J/30fs的到靶激光脉冲输出。系统设计的目的是以物理实验为本,在追求高质量输出和提供物理实验的基础上,逐步完善输出功率指标,最终成为SGII装置多功能、多种脉冲组合打靶的综合性激光物理平台的有机组成部分。

今年6月,该系统已实现大于1.6PW的输出,第二级OPCPA放大器实现了33J/21fs的到靶输出能力。利用自适应光学系统(AO)闭环矫正技术,获得了大约10μm的聚焦焦斑,全口径聚焦焦点附近信噪比优于108:1量级。

课题组下一步将针对装置相关环节进行优化改进,通过进一步提高光束口径的利用率和焦斑附近的有效能量,预期可以实现1021W/cm2的聚焦功率密度。通过本轮联机和物理磨合实验,SGII-5PW已经从装置的建设向物理应用迈出了第一步,系统今后将通过多轮物理实验的磨合和性能提升,逐步进入常规运行。(高功率激光物理联合室供稿)

图1. SGII-5PW激光系统

图2. SGII 5PW压缩器、靶室和压缩器输出的近场光斑

图3. 激光输出焦斑以及大能量下针孔相机测量结果

图4. 激光脉宽测量结果及质子记录图样

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