Betydande framsteg inom ultraintensiv och ultrakort laserteknologi har lett till att många laboratorier utvecklat lasersystem av PW-klass för bordsskivor som ett sätt att undersöka interaktioner mellan laser och materia i en relativistisk regim. Upprepningsfrekvensen för femtosekundlasrar av PW-klass är en viktig fråga för praktiska tillämpningar. Och utvecklingen av repetitiva lasrar av PW-klass har rönt stor uppmärksamhet de senaste åren.

Shanghai Superintense Ultrafast Laser Facility (SULF) är ett storskaligt vetenskapligt projekt beläget i Shanghai, Kina. Projektet startades formellt och finansierades 2016. SULF-anläggningen består huvudsakligen av två laserstrålar, SULF-10PW-strållinjen arbetar med ett skott per minut och SULF-1PW-strållinjen arbetar med 0,1 Hz repetitionshastighet. Denna anläggning kan tillhandahålla repetitiva laserpulser på PW-nivå och 10PW-nivå för vetenskaplig forskning om materialdynamik under extrema förhållanden (DMEC), ultrasnabb subatomär fysik (USAP), och stora molekylers dynamik och extremsnabb kemi (MODEC).

De senaste framstegen med 1PW/0,1Hz laserstrållinje för SULF rapporterades i tidskriften High Power Laser Science and Engineering . SULF-1PW beamline är ett typiskt dubbel-CPA-system utrustat med ett nytt tidsfilter som kombinerar teknikerna för korspolariserad våggenerering (XPWG) och femtosekund optisk parametrisk förstärkning (OPA).

I studien, SULF-1PW strållinjen genererade laserpulser på 50,8J vid 0,1Hz efter den sista förstärkaren, och skott-till-skott-energifluktuationen för den förstärkta pulsen var så låg som 1,2 % (std). Efter kompression, pulslängd på 29,6fs uppnåddes, som skulle kunna stödja en maximal toppeffekt på 1PW.

Dra nytta av fröpulserna med hög energi och hög kontrast som genereras av det nya tidsfiltret, kontrastförhållandet vid -80ps innan huvudpulsen uppmättes till 2,5×10 ^-11 i SULF-1PW strållinjen. Efter optimering av vinkeldispersionen i gitterkompressorn, den maximala fokuserade toppintensiteten kan nå 2,7×10 ¹⁹ B/cm ² även med en f/26.5 off-axis parabolisk spegel.

Dessutom, de horisontella och vertikala vinkelfluktuationerna på en timme uppmättes till 1,89 μrad (std) respektive 2,45 μrad (std). Den måttliga upprepningsfrekvensen, den goda stabiliteten och den höga tidskontrasten gör SULF-1PW-strållinjen till en önskvärd drivlaser för laser-materia-interaktioner i relativistisk regim.

SULF-1PW laserstrålen är nu i fasen av driftsättning, medan preliminära experiment med partikelacceleration och sekundär strålning har genomförts. 300 MeV kvasi-monoenergetiska elektroner producerades upprepade gånger under ~300 TW/0,1 Hz lasertillstånd. Dessutom, den maximala protonenergin på 14 MeV erhölls också under ~ 400 TW/0,1 Hz lasertillstånd.

Enligt forskargruppen SULF från Shanghai Institute of Optics and Fine mechanics vid den kinesiska vetenskapsakademin, framstegen med de preliminära experimenten och den stabila dagliga driften av lasern har visat användbarheten av SULF-1PW-strållinjen. Det efterföljande arbetet kommer att fokusera på ytterligare förbättring av dess rums-temporala pulskvalitet. Genom att använda ett akustooptiskt programmerbart dispersivt filter och deformerbar spegel, en högre fokuserad toppintensitet kan förväntas inom en snar framtid.