I progressi significativi nella tecnologia laser ultra-intensa e ultra-corta hanno portato numerosi laboratori a sviluppare sistemi laser da tavolo di classe PW come mezzo per studiare le interazioni laser-materia in un regime relativistico. La frequenza di ripetizione dei laser a femtosecondi di classe PW è una questione importante per le applicazioni pratiche. E lo sviluppo di laser ripetitivi di classe PW ha attirato una grande attenzione negli ultimi anni.

La Shanghai Superintense Ultrafast Laser Facility (SULF) è un progetto scientifico su larga scala situato a Shanghai, Cina. Il progetto è stato lanciato e finanziato formalmente nel 2016. La struttura SULF consiste principalmente di due linee di raggio laser, la linea di luce SULF-10PW operante a uno sparo al minuto e la linea di luce SULF-1PW operante a frequenza di ripetizione di 0,1Hz. Questa struttura può fornire impulsi laser ripetitivi di livello PW e 10PW per la ricerca scientifica sulla dinamica dei materiali in condizioni estreme (DMEC), fisica subatomica ultraveloce (USAP), e dinamica delle grandi molecole e chimica estrema-veloce (MODEC).

I recenti progressi sulla linea di luce laser 1PW/0.1Hz di SULF sono stati riportati nella rivista Scienza e ingegneria laser ad alta potenza . La linea di luce SULF-1PW è un tipico sistema a doppio CPA dotato di un nuovo filtro temporale che combina le tecniche di generazione di onde polarizzate incrociate (XPWG) e di amplificazione parametrica ottica a femtosecondi (OPA).

Nello studio, la linea di luce SULF-1PW ha generato impulsi laser di 50,8 J a 0,1 Hz dopo l'amplificatore finale, e la fluttuazione di energia da colpo a colpo dell'impulso amplificato era di appena 1,2% (std). Dopo la compressione, è stata raggiunta una durata dell'impulso di 29,6 fs, che potrebbe supportare una potenza di picco massima di 1PW.

Beneficiando degli impulsi seme ad alta energia e ad alto contrasto generati dal nuovo filtro temporale, il rapporto di contrasto a -80ps prima che l'impulso principale fosse misurato per essere 2,5×10 ^-11 nella linea di luce SULF-1PW. Dopo l'ottimizzazione della dispersione angolare nel compressore a reticolo, la massima intensità di picco focalizzata potrebbe raggiungere 2.7×10 ¹⁹ l/cm ² anche con uno specchio parabolico fuori asse f/26.5.

Inoltre, le fluttuazioni di puntamento angolare orizzontale e verticale in un'ora sono state misurate in 1,89 μrad (std) e 2,45 μrad (std) rispettivamente. Il tasso di ripetizione moderato, la buona stabilità e l'elevato contrasto temporale rendono la linea di luce SULF-1PW un laser pilota desiderabile per interazioni laser-materia in regime relativistico.

La linea di luce laser SULF-1PW è ora in fase di commissioning, mentre sono stati realizzati esperimenti preliminari di accelerazione delle particelle e radiazione secondaria. Gli elettroni quasi-monoenergetici da 300 MeV sono stati prodotti ripetutamente in condizioni laser di ~ 300 TW/0.1Hz. Inoltre, l'energia protonica massima di 14 MeV è stata ottenuta anche in condizioni laser di ~ 400 TW/0.1Hz.

Secondo il gruppo di ricerca SULF dell'Istituto di ottica e meccanica fine di Shanghai dell'Accademia cinese delle scienze, i progressi negli esperimenti preliminari e il funzionamento stabile quotidiano del laser hanno dimostrato l'utilità della linea di luce SULF-1PW. Il lavoro successivo si concentrerà sull'ulteriore miglioramento della sua qualità spazio-temporale dell'impulso. Utilizzando un filtro dispersivo programmabile acusto-ottico e uno specchio deformabile, ci si può aspettare una maggiore intensità di picco focalizzata nel prossimo futuro.