中科院：仅1PW级激光器，就产生了高达50.8焦耳的激光脉冲！

超强和超短激光技术的重大进步，促使了许多实验室开发了桌面PW（拍瓦）级激光系统，作为研究相对论状态下激光与物质相互作用的一种手段。PW级飞秒激光器的重复频率，是一个重要的实际应用问题。近年来，重复频率PW级激光器的发展，引起了人们的极大关注。上海超强超快激光装置(SURF)是一个位于中国上海的大型科学项目。该项目于2016年正式启动并获得资金，Sulf设施主要由两条激光光束线组成。

Sulf-10PW光束线以每分钟一发的速度运行，Sulf-1PW光束线以0.1 Hz的重复频率运行。SURF可提供重复的PW级和10PW级激光脉冲，用于极端条件下材料动力学(DMEC)、超快亚原子物理(USAP)以及大分子动力学和极快化学(MODEC)的科学研究。现在《高功率激光科学与工程》期刊发表了硫磺1PW/0.1 Hz激光光束线的最新进展。Sulf-1PW光束线是一种典型的双CPA系统，它采用了交叉偏振波产生(XPWG)和飞秒光学参量放大(OPA)技术相结合的新型时间滤波器。

在研究中，Sulf-1PW光束线在最终放大器后产生了50.8J（焦耳）的激光脉冲，放大后的脉冲能量起伏低至1.2%(STD)。压缩后的脉冲宽度为29.6fs，最大峰值功率为1PW。利用新型时间滤波器产生的高能高对比度种子脉冲，在Sulf-1PW光束线上测得主脉冲前-80ps处的对比度为2.5×10^-11。对光栅压缩器的角色散进行优化后，即使采用f/26.5离轴抛物面反射镜，最大聚焦峰值强度也可达到2.7×10^19W/cm2。

测得1h内水平和垂直角的起伏分别为1.89rad(标准偏差)和2.45rad(标准偏差)。μ角的水平和垂直方向波动分别为1.89rad(标准偏差)和2.45rad(标准偏差)。适中的重复频率、良好的稳定性和高时间对比度使Sulf-1PW光束线成为相对论区域激光-物质相互作用的理想驱动激光器。SULF-1PW激光光束线目前正处于调试阶段，粒子加速和二次辐射实验已经初步完成。

在~300TW/0.1 Hz激光条件下，重复产生300 MeV准单能电子。此外，在~400TW/0.1 Hz激光条件下，还获得了14 MeV的最大质子能量。据中国科学院上海光学精细机械研究所Sulf课题组介绍，初步实验的进展和激光器的稳定日常运行证明了Sulf-1PW光束线的实用性。下一步的工作将集中在进一步提高其脉冲时空质量上。利用声光可编程色散滤光器和变形镜，可以在不久的将来获得更高的聚焦峰值强度。

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博科园｜研究/来自：中国科学院/张南南

参考期刊《高功率激光科学与工程》

DOI: 10.1017/hpl.2020.3

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