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上海光機(jī)所利用高性能200TW/1Hz激光驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生高質(zhì)量高穩(wěn)定性電子

來(lái)源:上海光學(xué)精密機(jī)械研究所2020-07-17 我要評(píng)論(0 )   

近期,中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場(chǎng)激光物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)“新一代超強(qiáng)超短激光綜合實(shí)驗(yàn)裝置”中的200TW/1Hz激光進(jìn)行性能升級(jí),并利用此激光驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生高質(zhì)量...

近期,中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場(chǎng)激光物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)“新一代超強(qiáng)超短激光綜合實(shí)驗(yàn)裝置”中的200TW/1Hz激光進(jìn)行性能升級(jí),并利用此激光驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生高質(zhì)量高穩(wěn)定性電子。相關(guān)研究為高峰值功率飛秒激光系統(tǒng)的建設(shè)提供了技術(shù)指導(dǎo),為臺(tái)式化X射線自由電子激光器的實(shí)現(xiàn)提供了原理驗(yàn)證。


  “新一代超強(qiáng)超短激光綜合實(shí)驗(yàn)裝置”激光系統(tǒng)于2015年正式運(yùn)行,旨在通過(guò)激光尾波場(chǎng)加速產(chǎn)生高亮度X射線源。其中,產(chǎn)生電子的穩(wěn)定性是裝置性能的重要指標(biāo)。電子的高穩(wěn)定性將會(huì)促進(jìn)在單能伽馬射線源、電子醫(yī)療等方面的實(shí)際應(yīng)用。


激光尾波場(chǎng)加速是一個(gè)高度的非線性過(guò)程,所產(chǎn)生電子的性能與驅(qū)動(dòng)激光的參數(shù)密切相關(guān)。為獲得高質(zhì)量高穩(wěn)定的電子,該研究團(tuán)隊(duì)對(duì)200TW/1Hz驅(qū)動(dòng)激光進(jìn)行全面升級(jí)。在穩(wěn)定性方面,通過(guò)優(yōu)化放大器的泵浦源和放大模式,放大激光的能量穩(wěn)定性達(dá)到0.55%(std);通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室振動(dòng)、溫度、氣流,引入光束自準(zhǔn)直技術(shù),激光在靶點(diǎn)的指向穩(wěn)定性達(dá)到1.5μrad(std)。該指向穩(wěn)定性(90分鐘)是目前所知高峰值功率激光系統(tǒng)最好的測(cè)量結(jié)果。在時(shí)空質(zhì)量方面,通過(guò)優(yōu)化光譜的全局位相,實(shí)現(xiàn)近傅里葉變換極限的脈寬;通過(guò)控制系統(tǒng)中光學(xué)元件的靜態(tài)波前畸變,實(shí)現(xiàn)近衍射極限的焦斑。最終,利用f/30離軸拋面鏡獲得了6.2×1018W/cm2的峰值聚焦強(qiáng)度,是升級(jí)前的2.6倍。在連續(xù)300發(fā)實(shí)驗(yàn)中,電子的重復(fù)率達(dá)到了100%,電子的平均峰值能量為667MeV,峰值能量抖動(dòng)為3.4%(std)。


  相關(guān)成果發(fā)表在《光學(xué)與激光技術(shù)》上。

上海光機(jī)所利用高性能200TW/1Hz激光驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生高質(zhì)量高穩(wěn)定性電子


200TW/1Hz驅(qū)動(dòng)激光升級(jí)工程圖


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