Aanzienlijke vorderingen in ultra-intensieve en ultrakorte lasertechnologie hebben ertoe geleid dat tal van laboratoria tafelblad-PW-klasse lasersystemen hebben ontwikkeld als een middel om laser-materie-interacties in een relativistisch regime te onderzoeken. De herhalingssnelheid van femtosecondelasers van de PW-klasse is een belangrijk punt voor praktische toepassingen. En de ontwikkeling van repetitieve PW-klasse lasers heeft de afgelopen jaren veel aandacht gekregen.

De Shanghai Superintense Ultrafast Laser Facility (SULF) is een grootschalig wetenschappelijk project in Shanghai, China. Het project werd formeel gelanceerd en gefinancierd in 2016. De SULF-faciliteit bestaat voornamelijk uit twee laserbundellijnen, de SULF-10PW-bundellijn werkt met één schot per minuut en de SULF-1PW-bundellijn werkt met een herhalingsfrequentie van 0,1 Hz. Deze faciliteit kan repetitieve PW-niveau en 10PW-niveau laserpulsen leveren voor wetenschappelijk onderzoek naar de dynamiek van materialen onder extreme omstandigheden (DMEC), ultrasnelle subatomaire fysica (USAP), en big molecule dynamics en extreem snelle chemie (MODEC).

Recente vooruitgang op de 1PW/0.1Hz laserbundellijn van SULF werd gerapporteerd in het tijdschrift Krachtige laserwetenschap en techniek . De SULF-1PW-bundellijn is een typisch dubbel-CPA-systeem dat is uitgerust met een nieuw tijdsfilter dat de technieken van cross-polarized wave generation (XPWG) en femtoseconde optische parametrische amplicatie (OPA) combineert.

In de studie, de SULF-1PW-bundellijn genereerde laserpulsen van 50,8 J bij 0,1 Hz na de laatste versterker, en de shot-to-shot energiefluctuatie van de versterkte puls was zo laag als 1,2% (std). Na compressie, pulsduur van 29,6 fs werd bereikt, die een maximaal piekvermogen van 1PW zou kunnen ondersteunen.

Profiteren van de hoogenergetische en contrastrijke zaadpulsen die worden gegenereerd door het nieuwe tijdelijke filter, de contrastverhouding bij -80ps voordat de hoofdpuls werd gemeten, was 2,5 × 10 ^-11 in de SULF-1PW bundellijn. Na optimalisatie van de hoekspreiding in de roostercompressor, de maximale gerichte piekintensiteit kan 2,7 × 10 . bereiken ¹⁹ W/cm ² zelfs met een f/26.5 off-axis parabolische spiegel.

Bovendien, de horizontale en verticale hoekfluctuaties in één uur werden gemeten en waren respectievelijk 1,89 rad (std) en 2,45 μrad (std). De matige herhalingsfrequentie, de goede stabiliteit en het hoge temporele contrast maken de SULF-1PW-bundellijn tot een wenselijke aandrijflaser voor laser-materie-interacties in relativistische regimes.

De SULF-1PW laserbundellijn bevindt zich nu in de fase van inbedrijfstelling, terwijl voorlopige experimenten van deeltjesversnelling en secundaire straling zijn uitgevoerd. 300 MeV quasi-mono-energetische elektronen werden herhaaldelijk geproduceerd onder ~300 TW/0.1Hz laserconditie. Bovendien, de maximale protonenergie van 14 MeV werd ook verkregen onder ~ 400 TW/0.1Hz laserconditie.

Volgens de SULF-onderzoeksgroep van het Shanghai Institute of Optics and Fine mechanics van de Chinese Academy of Sciences, de voortgang van de voorbereidende experimenten en de stabiele dagelijkse werking van de laser hebben het nut van de SULF-1PW-bundellijn aangetoond. Het daaropvolgende werk zal zich richten op de verdere verbetering van de ruimtelijke-temporele kwaliteit van de pulsen. Door gebruik van een akoesto-optisch programmeerbaar dispersief filter en vervormbare spiegel, een hogere gerichte piekintensiteit kan in de nabije toekomst worden verwacht.