欧洲极端光设施ELI-NP上10拍瓦峰值功率的飞秒激光脉冲

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近日，Ioan Dancus博士联合法国、罗马尼亚、日本研究人员，介绍了在罗马尼亚的极端光强基础设施-核物理(ELI-NP)中，峰值功率10 PW的脉冲产生并传播到实验区，这是继中科院上海光学精密机械研究所研制的超强超短激光实验装置（SULF）于2017年首次实现10 PW级输出后[Wenqi Li et al in Opt. Lett. ,vol.43, 5681(2018)]，又一次报道的10 PW级激光装置，也是欧洲首台10 PW级的激光装置。

相关研究成果发表在High Power Laser Science and Engineering 2022年第3期[Christophe Radier, Olivier Chalus, Mathilde Charbonneau, et al. 10 PW peak power femtosecond laser pulses at ELI-NP[J]. High Power Laser Science and Engineering, 2022, 10(3): 03000e21]，这一量级功率水平为实验研究提供了坚实的基础，包括从核物理、非线性量子电动力学到空间科学、医学应用等基础应用研究。

在本文中，作者介绍了ELI-NP 10 PW峰值功率激光演示期间使用的方法和获得的结果。本文展示了Lureau等人之前在High Power Laser Science and Engineering, 2020, e43中描述的高功率激光系统，它是如何制备并用于证明这一功率水平的。文中测得的重复率（每分钟一次）、瞄准精度和能量稳定性证明了该激光系统的可靠性。研究人员对10 PW激光束传输系统进行了测试，并对整个系统进行了10 PW全功率耐久度测试。此次测试对波前、近场辐照度分布等一系列完整参数进行了评估。

在运输线末端为实验安装的10 PW束流转储装置

除了产生10 PW脉冲外，本报告还包括脉冲在通过专用激光束传输系统传播到实验区域后的行为，表明对系统完整性没有影响，并证明ELI-NP已准备好在该功率水平下开始实验。

下一步是开始使用10 PW峰值功率激光脉冲的第一次实验活动，使用激光光束传输系统(Laser Beam Transport System, LBTS)，计划将10 PW激光脉冲传输到三个试验区，每个试验区专门用于不同类型的实验。在评估辐照度水平时，与激光脉冲传输和聚焦有关的参数需要考虑到。根据Dancus等人的说法，可产生10²²~10²³ W/cm²的目标辐照度水平[Frontiers in Optics/Laser Science, LW5G.3, (2020)]，这在基础科学研究和应用方面具有世界范围的影响力。

ELI-NP在建设全功能2×10 PW飞秒激光驱动核物理设施方面达到了一个重要里程碑，其核心任务由S.Gales等人在Rep. Prog. Phys. 81, 094301 (2018)和K.a.Tanaka等人在Matter and Radiation at Extremes 5, 024402 (2020)中发布。新设施的研究包括两个领域的前沿科学研究，第一种是与核物理、强场量子电动力学及相关真空效应相关的激光驱动实验；第二种是基于康普顿背散射高亮度和低能伽马射线束(<20 MeV)，这是激光和加速器技术的结合，将使我们以前所未有的分辨率和精度研究核结构、反应以及核天体物理学。除此之外，研究人员正在开发大量具有重大社会影响的应用。

ELI-NP第二阶段是罗马尼亚政府和欧盟通过欧洲区域发展基金和竞争力运营计划（2016年）共同资助的一个项目。这项工作还得到了罗马尼亚研究和创新部的赞助支持。

编辑 | 周琦雅

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