超強和超短激光技術的重大進步，促使了許多實驗室開發了桌面PW（拍瓦）級激光系統，作為研究相對論狀態下激光與物質相互作用的一種手段。PW級飛秒激光器的重複頻率，是一個重要的實際應用問題。近年來，重複頻率PW級激光器的發展，引起了人們的極大關注。上海超強超快激光裝置(SURF)是一個位於中國上海的大型科學項目。該項目於2016年正式啟動並獲得資金，Sulf設施主要由兩條激光光束線組成。
Sulf-10PW光束線以每分鐘一發的速度運行，Sulf-1PW光束線以0.1 Hz的重複頻率運行。SURF可提供重複的PW級和10PW級激光脈衝，用於極端條件下材料動力學(DMEC)、超快亞原子物理(USAP)以及大分子動力學和極快化學(MODEC)的科學研究。《高功率激光科學與工程》期刊發表了硫磺1PW/0.1 Hz激光光束線的最新進展。Sulf-1PW光束線是一種典型的雙CPA系統，它採用了交叉偏振波產生(XPWG)和飛秒光學參量放大(OPA)技術相結合的新型時間濾波器。
在研究中，Sulf-1PW光束線在最終放大器後產生了50.8J（焦耳）的激光脈衝，放大後的脈衝能量起伏低至1.2%(STD)。壓縮後的脈衝寬度為29.6fs，最大峰值功率為1PW。利用新型時間濾波器產生的高能高對比度種子脈衝，在Sulf-1PW光束線上測得主脈衝前-80ps處的對比度為2.5×10^-11。對光柵壓縮器的角色散進行優化後，即使採用f/26.5離軸拋物面反射鏡，最大聚焦峰值強度也可達到2.7×10^19W/cm2。
測得1h內水平和垂直角的起伏分別為1.89rad(標準偏差)和2.45rad(標準偏差)。μ角的水平和垂直方向波動分別為1.89rad(標準偏差)和2.45rad(標準偏差)。適中的重複頻率、良好的穩定性和高時間對比度使Sulf-1PW光束線成為相對論區域激光-物質相互作用的理想驅動激光器。SULF-1PW激光光束線目前正處於調試階段，粒子加速和二次輻射實驗已經初步完成。
在~300TW/0.1 Hz激光條件下，重複產生300 MeV準單能電子。此外，在~400TW/0.1 Hz激光條件下，還獲得了14 MeV的最大質子能量。據中國科學院上海光學精細機械研究所Sulf課題組介紹，初步實驗的進展和激光器的穩定日常運行證明了Sulf-1PW光束線的實用性。下一步的工作將集中在進一步提高其脈衝時空質量上。利用聲光可編程色散濾光器和變形鏡，可以在不久的將來獲得更高的聚焦峰值強度。
博科園｜研究/來自：中國科學院/張南南
參考期刊《高功率激光科學與工程》
DOI: 10.1017/hpl.2020.3
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