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最强大激光器再缔造新纪录 成果有助于等离子物理研究

据悉,ELI组织日前宣布,L3-HAPLS激光器系统经过Petawatt真空压缩机中压缩脉冲,脉冲峰值功率高达0.5PW。这一成果的演示过程在位于ELI下设的捷克共和国装置中心进行。ELI光束线的开发工作涉及实时控制和飞秒级精度的定时系统,使单个激光器的运行与ELI光束线设施的时钟同步成为可能。

研究成果将有助于改进现代医疗方法下的紧凑型激光粒子加速器,以及,材料和医学研究下的时间分辨率显微镜。据悉,初步实验将聚焦于等离子体物理和离子加速度。

激光器联合压缩机 缔造最高峰值功率

脉冲能量为200J的L3 HAPLS泵发动机采用了两个掺杂玻璃放大器,工作频率为10Hz,由氦气冷却。每个放大器由高功率激光二极管阵列进行泵浦,每个阵列提供800千瓦的峰值功率。这些是世界上峰值功率最高的脉冲激光二极管阵列。

在进入真空脉冲压缩机之前,L3-HAPLS泵浦激光器以101J的能量运行,驱动大功率Ti:蓝宝石短脉冲放大器,在链的输出端产生17.7J的脉冲能量。其产生的输出脉冲能量高度稳定,仅有0.4%的波动。

通过大约30个步骤灌注,Petawatt压缩机逐步将整个系统的能量提高到0.5PW的脉冲峰值功率水平。待运行结束,研究人员目视检查了压缩机内部的衍射光栅和其他光学元件。在确保一切正常后,研究人员使L3-HAPLS系统开始向实验大厅发送短脉冲高功率束。

L3-HAPLS激光团队的负责人Josef Cupal解释说:"通过压缩机光栅的反射率,产生了能量为13.3J的压缩脉冲,持续时间为27.3fs。这相当于峰值功率约490TW,约为0.5PW。”

他补充道:"在没有帕瓦真空压缩机的情况下,激光器就能稳定连续工作中至少1小时,证明其优越性能。如今有了Petawatt真空压缩机的加持,我们进而成功缔造了有史以来最高激光峰值功率。"

他还透露:"去年L3-HAPLS激光团队努力工作,克服了诸多操作上的难题,为计划在今年下半年进行的调试实验活动做了充足准备。顺利完成这些实验将是高功率实验站向客户群体开放的关键。"

关于L3-HAPLS激光器系统

L3-HAPLS激光器激光系统提供能量至少为30 J、持续时间<30 fs、重复率为10 Hz的PW脉冲,被称为高帕瓦激光系统HAPLS(The High-Repetition-Rate Advanced Petawatt Laser System)。该系统由劳伦斯-利弗莫尔国家实验室开发,ELI-Beamlines合作开发了PW脉冲压缩器、短脉冲诊断、短脉冲部件控制和定时。L3-HAPLS激光系统代表了新一代的二极管泵浦、高能和高峰值功率激光系统。该激光器服务于基础研究和应用研究的许多领域。

关于ELI

ELI全称Extremes-Light Infrastruce,是由欧盟发起的,包含13个欧盟成员国在内的近40个研究院所和科研机构共同致力研究和完成的激光装置项目。其目的是建造世界上最强的超级激光设备,开展最前沿的科学及应用研究。ELI下设四大研究装置,分别位于捷克布拉格、匈牙利和罗马尼亚。

本文中提及的是ELI光束线的激光团队。该团队已经并正在与该项目的主要激光技术供应商合作开发和共同开发一些用于佩塔瓦特(PW)和10PW激光器的基本系统。

ELI光束线的开发工作涉及实时控制和飞秒级精度的定时系统,使单个激光器的运行与ELI光束线设施的时钟同步成为可能。一个主要的活动是设计和开发光谱宽带激光脉冲拉伸器和大型PW和10PW激光脉冲压缩机。其他重要的发展包括先进的激光诊断仪器,能够提供关于PW和多PW重复率激光脉冲参数的在线信息。

ELI早前也和中国的研究人员进行了学术交流。2012年,ELI-Beamlines项目首席科学家Georg Korn访问上海光机所。2019年12月,ELI的Stefan Weber教授应邀来访深圳技术大学,为老师和学生们带来了“技大讲坛”第三十九——“ELI-Beamlines超强激光项目介绍及研究进展”。

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