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Des avancées significatives dans la technologie laser ultra-intense et ultra-courte ont conduit de nombreux laboratoires à développer des systèmes laser de table de classe PW comme moyen d'étudier les interactions laser-matière dans un régime relativiste. Le taux de répétition des lasers femtosecondes de classe PW est un problème important pour les applications pratiques. Et le développement de lasers répétitifs de classe PW a attiré une grande attention ces dernières années.
Le Shanghai Superintense Ultrafast Laser Facility (SULF) est un projet scientifique à grande échelle situé à Shanghai, Chine. Le projet a été officiellement lancé et financé en 2016. L'installation SULF se compose principalement de deux lignes de faisceau laser, la ligne de lumière SULF-10PW fonctionnant à un tir par minute et la ligne de lumière SULF-1PW fonctionnant à un taux de répétition de 0,1 Hz. Cette installation peut fournir des impulsions laser répétitives de niveau PW et 10PW pour la recherche scientifique sur la dynamique des matériaux dans des conditions extrêmes (DMEC), physique subatomique ultrarapide (USAP), et la dynamique des grosses molécules et la chimie extrêmement rapide (MODEC).
Des progrès récents sur la ligne de faisceau laser 1PW/0,1 Hz de SULF ont été rapportés dans le journal Science et ingénierie des lasers haute puissance . La ligne de lumière SULF-1PW est un système typique à double CPA équipé d'un nouveau filtre temporel combinant les techniques de génération d'ondes à polarisation croisée (XPWG) et d'amplification paramétrique optique femtoseconde (OPA).
Dans l'étude, la ligne de lumière SULF-1PW a généré des impulsions laser de 50,8 J à 0,1 Hz après l'amplificateur final, et la fluctuation d'énergie d'un coup à l'autre de l'impulsion amplifiée était aussi faible que 1,2 % (std). Après compression, une durée d'impulsion de 29,6 fs a été atteinte, qui pourrait supporter une puissance de crête maximale de 1PW.
Bénéficiant des impulsions d'amorçage à haute énergie et à contraste élevé générées par le nouveau filtre temporel, le rapport de contraste à -80ps avant l'impulsion principale a été mesuré à 2,5 × 10 -11 dans la ligne de lumière SULF-1PW. Après optimisation de la dispersion angulaire dans le compresseur à grille, l'intensité maximale focalisée du pic pourrait atteindre 2,7 × 10 19 W/cm 2 même avec un miroir parabolique hors axe f/26,5.
De plus, les fluctuations de pointage angulaire horizontale et verticale en une heure ont été mesurées à 1,89 rad (std) et 2,45 μrad (std) respectivement. Le taux de redoublement modéré, la bonne stabilité et le contraste temporel élevé font de la ligne de lumière SULF-1PW un laser de pilotage souhaitable pour les interactions laser-matière en régime relativiste.
La ligne laser SULF-1PW est maintenant en phase de mise en service, tandis que des expériences préliminaires d'accélération de particules et de rayonnement secondaire ont été mises en œuvre. Des électrons quasi-monoénergétiques de 300 MeV ont été produits de manière répétitive dans des conditions laser d'environ 300 TW/0,1 Hz. De plus, l'énergie maximale des protons de 14 MeV a également été obtenue dans des conditions laser de ~ 400 TW/0,1 Hz.
Selon le groupe de recherche SULF de l'Institut d'optique et de mécanique fine de Shanghai de l'Académie chinoise des sciences, les progrès des expériences préliminaires et le fonctionnement quotidien stable du laser ont démontré l'utilité de la ligne de lumière SULF-1PW. Les travaux qui s'ensuivront se concentreront sur l'amélioration de la qualité spatio-temporelle de son impulsion. Par l'utilisation d'un filtre dispersif programmable acousto-optique et d'un miroir déformable, une intensité de pic focalisée plus élevée peut être attendue dans un proche avenir.
