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新型15TW激光器应用于ELI-ALPS——全新产品将打开TW级系统新篇章

作者:卓小知     发布时间:2020年12月25日     阅读次数:224

最新资讯,继ELI-ALPS(Extreme Light Infrastructure Attosecond Light Pulse Source)与Light Conversion和EKSPLA三家首次合作研发制作第一台SYLOS1(后经历Light Conversion公司二次升级为SYLOS2)之后,2020年11月25日三方再次签署一项新的研发合同,即为ELI-ALPS研发建造一个新的激光系统,命名为:SYLOS3。


SYLOS3可以在1KHz的重复频率下提供至少15TW峰值功率


这套新系统价值约600万欧元,可以提供非常独特的参数,同时可应用到商用系统中。在重复频率为1KHz时,峰值功率大于15TW,脉冲持续时间小于8fs。该系统与已安装在ELI-ALPS的SYLOS2A系统(4.5TW,6.3fs,1kHz)相比,新系统可以提供3倍以上的峰值及平均功率。

ELI-ALPS部门负责人Adam Börzsönyi表示:“ELI-ALPS SYLOS3激光系统是通过强激光激发稀有气体原子中的表面高次谐波来产生相干x射线和加速电子,服务于各种实验”。

Adam Börzsönyi同时表示该套系统众多应用之一为产生用于阿秒计量的单个阿秒脉冲。SYLOS激光器系统为了能够更好的在实际应用中使用,研究人员在设计和制造过程中优化了其系统操作的复杂性,使整个操作系统后期不需要专业技术人员做操作支持,同时保持了系统的高稳定性和超长运行时间。

ELI-ALPS项目的主要目标是创建一个独特的欧洲研究中心,为国际研究界提供出色的激光脉冲和辅助光源。Szeged设施因具有工作在1kHz脉冲重复频率下超高能量的激光脉冲,而从众多研究所中脱颖而出。

EKSPLA公司CEO Kestutis Jasiūnas表示:“与市场上其他以单发或低频方式运行的TW级系统不同,SYLOS3将以1KHz的重复频率运行。这种创新方法将使研究人员获得更多数据,并将实验提高到一个新的水平。有了这些工具,研究人员也将从基础知识进入应用科学实验领域,开发出像激光粒子加速器这样有前景的未来技术。”

SYLOS3激光系统是基于OPCPA(光参量啁啾脉冲放大)技术展开的。OPCPA由维尔纽斯大学研发,与传统飞秒技术(基于钛蓝宝石激光器)相比,它在泵浦效率、对比度、带宽以及由此产生的辐射控制程度等方面更具有优势,是目前产生高强度辐射的最佳方法。

Light Conversion CEO Martynas Barkauskas补充道:“尽管SYLOS3系统很复杂,但它仍具有卓越的稳定性,系统将提供~120mJ脉冲,CEP稳定性≤250mrad,能量稳定性≤1%”。

SYLOS3与之前构建的系统相比,峰值功率增加三倍意味着系统复杂度也增加了三倍以上。工程师将面临许多挑战,比如说:散热、水/电消耗、人身安全、空间和重量限制以及多通道组合等诸多问题”。


【一代二代产品参数对比】OPCPA-HE at 800nm


SYLOS1

SYLOS2

SYLOS3

Average Power

53.8W

>35W

>100W

Pulse duration

<9fs

~6fs

~6fs

Rep.rate

1KHz

1KHz

1KHz

Peak power

>5.5TW

>4.5TW

>15TW


【应用领域】

利用超短脉冲X射线在空间分辨上的优势,生物学家可以获得生物大分子的三维结构,从而判断出机构与功能之间的联系,在此基础上生物学家通过对病毒的原始三维结构的了解,有希望能够研究出阻断病原对细胞的感染,或抑制病原的产生。

在生命科学研究方向上,超短脉冲X射线能够在分子水平上直接观察出生命现象、物质运动轨迹、动态的生物体结构变化过程等,从而促使生命科学研究的进入更高一层的研究阶段。

超短脉冲X射线在空间和时间分辨上具有明显优势,能够对蛋白质结构基因组进行观察和监测,专家通过对蛋白质分子的三维结构分析,掌握生命现象基本规律,破解基因的奥秘。

超短脉冲X射线在材料学上的应用是通过揭开材料中原子的精确构造、电磁结构等参数信息,发生在原子水平中材料形成的整个动态图像,过程包括:生长机制、相变过程、固态作用、裂缝扩散、高分子聚合物硬变、交界面过程和其他与时间相关的过程等数据,判断出材料中重要特性的关键点,从而创新设计出新的材料。

该系统的XUV/X射线具有特别大的能量,通过X射线显微成像和断层扫描成像技术能够更加直接获取细胞结构图像;X射线的相位反衬成像技术,能够非常清晰的拍摄出吸收反衬软组织照片,为心血管造影技术无造影剂提供更多的可能性。

综上,能够看得出SYLOS3激光系统在材料学、生命科学、医药学中将提供更多的可能性,同时,该套系统将在环境科学、物理学、化学、地质学等领域成为重要的研究工具;在电子工业、医药工业、石油工业、化学工业、生物工程和微细加工工业具有广泛应用。



开篇已经表示,SYLOS3激光系统是三家公司的第二次合作,第一代的SYLOS2激光系统的主要部件已经具有非常稳定的可靠性,同时也经历了ELI-ALPS的实际应用验证了系统的优越性能。但为了确保整个系统的稳定性和可靠性,整个系统将从头开始设计和搭建,所有生产将在立陶宛维尔纽斯进行,计划于2022年底交付和安装。请各位与我们共同期待一下SYLOS315TW激光系统的诞生。


图为SYLOS2,全新一代SYLOS3将于2022年底安装交付

同时,卓小知在这个特殊的节日里
祝大家圣诞节快乐!。

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