Ekspla公司高功率密度激光器系统系列介绍(四)UltraFlux Custom-若干 TW 几个周期的 OPCPA 系统

2024-03-15 12:28:02, Ekspla 北京欧兰科技发展有限公司


若干 TW 几个周期的 OPCPA 系统

基于独特的OPCPA技术的激光系统,在1kHz的重复频率下提供约15太瓦的输出功率,脉冲持续时间为8飞秒。此系统专为匈牙利塞格德的ELI-ALPS设施设计和建造。

激光器自从发明以来,一直非常有效地在帮助我们增进对物质的分子和原子结构以及相关动力学变化过程的理解。然而,常规激光器输出脉冲能量一直不足以进一步探测更深层次的核子及其组成部分-夸克,或者解离真空。不久前,欧盟建立了一套新型的大型激光基础设施,专门设计用于产生极高峰值功率和聚焦强度:极端光基础设施(ELI)。ELI被设计为第一个等同于1000倍国家点火设施(NIF)功率的太瓦级激光设施。ELI将在10飞秒内产生几千焦耳的功率,将为社会带来广泛的好处,从改善肿瘤治疗、医学和生物医学成像、快速电子学以及我们对核反应堆材料老化过程的理解到开发新的核废料处理方法。该设施将分布在四个站点。其中三个站点位于捷克、匈牙利和罗马尼亚。坐落在匈牙利塞格德的ELI-ALPS是极端光基础设施的三个支柱之一,它将通过提供阿秒量级的高重复率强光脉冲进一步加深我们对基础物理学的了解。当前的技术限制将通过使用新颖的概念来克服。ELI-ALPS的主要技术支柱将是几个周期到亚周期激光脉冲的光学参量啁啾脉冲放大(OPCPA)。由专用的全固态短脉冲(皮秒量级)源及其(低阶)谐波泵浦,这种方法在泵浦效率方面将与传统的(基于钛宝石激光的)飞秒技术竞争,并且在平均功率、对比度、带宽以及因此而产生的辐射控制程度方面将明显优于以前的技术。ELI-ALPS激光架构将包括三条主要的激光光束线,分别在不同的重复率和峰值功率范围内运行:高重复率(HR):100千赫兹,> 5毫焦耳,≤ 6飞秒,单周期(SYLOS):1千赫兹,> 120毫焦耳,≤ 8飞秒,强场(HF):10赫兹,34焦耳,≤ 17飞秒。

单周期激光器SYLOS激光系统基于在维尔纽斯大学开发的光学参量啁啾脉冲放大(OPCPA)技术。与市场上其他运行在单次或低重复频率模式下的TW级系统不同,SYLOS 3将以1kHz的重复频率运行。通过这种新颖的方法,研究人员将能够收集更多数据,并从基础科学实验过渡到应用科学实验。这种系统使得开发未来有前景的技术成为可能,例如基于激光的粒子加速器。ELI-ALPS激光系统在各种实验中得到应用,例如通过气体产生相干X射线辐射、电子加速和表面高阶谐波发生等。产生孤立的阿秒脉冲用于阿秒计量是另一个重要应用。这些实验需要高稳定性和高运行时间,因此整个系统的稳定性和精度是研究人员的首要任务之一。由于其异常巨大的XUV/X射线能量,该系统为非线性XUV和X射线科学以及4D成像和工业、生物和医学应用打开了大门。

为确保可靠性和尖端参数,该系统采用了经过工业测试的技术和组件从头构建。所有设计和制造活动都在维尔纽斯的设施中进行。因此,尽管系统复杂,但它确保了异常的稳定性和可靠性。SYLOS 3提供的脉冲约为120 mJ,其载波包络相位(CEP)稳定性低于250 mrad,脉冲能量稳定性低于1%。SYLOS系列激光系统是研究人员和工程师紧密合作的杰出成果。因此,塞格德设施在以1kHz的脉冲重复频率产生世界上最高强度激光脉冲的研究所中脱颖而出。

技术指标型号UltraFlux FF401k-F8-CEPUltraFlux FF1201k-F8-CEP主要指标输出能量40 mJ120 mJ峰值脉冲功率> 5 TW> 15 TW脉冲重复频率1 kHz输出波长900 nm脉冲宽度≤ 8 fs (≤ 3 cycles)脉冲能量稳定性≤ 1 %长期功率漂移± 1.5 %CEP 稳定≤ 250 mrad光束空间分布Super-Gaussian 5)光束直径~ 50 mm~ 100 mm光束指向稳定性≤ 20 µradStrehl 比值> 0.7时域对比度    APFC (± 50 ps内)1010 : 1    预脉冲 (≤ 50 ps)1010 : 1    后脉冲 (>50 ps)108 : 1物理尺寸激光头 (宽×长×高mm)9000 × 5000 × 12009000 × 9000 × 1200尾缆长度可达10 米可达 5 米运行环境条件供电208, 380 or 400 V AC, three-phase, 50/60 Hz 11)功耗≤ 40 kVA≤ 60 kVA供水≤ 30 l/min, 2 Bar, max 15 °C≤ 40 l/min, 2 Bar, max 15 °C运行环境温度22 ± 2 °C储存环境温度15 – 35 °C相对湿度 (无凝结)≤ 80 %环境洁净度ISO Class 7可选项可选项描述说明-F8短脉冲选项,降低脉冲宽度至≤8 fs选择‘F8’选项后波长不再可调n-CEPCEP 稳定至 ≤250 毫弧度主动和被动 CEP 稳定-DM‘变形镜’ 选项用于将 Strehl 比值改进至 >0.7-ps out附加的窄线宽皮秒输出,和主系统输出具有光学同步。可以和主脉冲同步或异步输出

运行性能和有关图片

UltraFlux FF401k-F8-CEP-DM 系统的典型输出光谱和光谱相位

UltraFlux FF401k-F8-CEP-DM 系统的典型长期输出能量,

脉冲宽度,CEP和Strehl比值的稳定性

UltraFlux FF401k-F8-CEP-DM 系统典型输出时域对比度

UltraFlux FF401k-F8-CEP-DM 典型近场光束轮廓

基于独特的OPCPA技术的激光系统,以1 kHz的重复频率提供约15太瓦输出功率8飞秒脉宽的输出。该系统专为位于匈牙利塞格德的ELI-ALPS设施而设计和建造

UltraFlux FF401k-F8-CEP-DM 系统典型外观图(ELI-ALPS, SYLOS2A 系统)

参考文献

The ELI-ALPS facility: the next generation of attosecond sources

相关应用:  阿秒物理学 高功率密度光源

53 W average power CEP-stabilized OPCPA system delivering 5.5 TW few cycle pulses at 1 kHz repetition rate

相关应用:  高功率密度光源 OPCPA系统

下篇预告:Ekspla公司高功率密度激光器系统系列介绍(五)APL HE-高能量闪光灯泵浦皮秒放大器

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