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高脉冲能量 OPCPA 系统
- 可达 1 kHz 的 TW 级峰值功率脉冲
- 800 nm, 1600 nm, or 2000 nm 输出
- 少周期脉冲持续时间与高预脉冲对比度
- 双输出选项
- 卓越的载波包络相位（CEP）与脉冲能量稳定性
- 光谱-时域脉冲整形技术方案
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高能量阿秒脉冲产生、固体靶产生高次谐波以及激光电子加速等应用都受益于周期少的脉宽和优异的脉冲对比度，同时需要数毫焦耳的脉冲能量。我们强大的高能量 OPCPA 系统可以在 kHz 重复频率得到多 TW 级峰值功率，同时保持为少周期数的脉冲。因此，它们可满足苛刻的要求，同时为这种大规模的系统提供优异的稳定性和可靠性。
此外，无需复杂且有损耗的非线性脉冲清洗技术即可获得 > 1012 的前脉冲对比度，同时在一整天的运行中保持 CEP 稳定性 <250 mrad、脉冲能量稳定性 <1.5%，使其成为一个稳健可靠的 TW 级系统。
规格参数
| 型号 | OPCPA-HE | ||
|---|---|---|---|
| 中心波长 | 800 nm | 1600 nm | 2000 nm |
| 泵浦源 | 皮秒 Nd:YAG 激光器，由 ORPHEUS-OPCPA 提供种子光 | ||
| 重复频率 | 10 Hz – 1 kHz | ||
| 最大输出脉冲能量 1) | 250 mJ | 100 mJ | 50 mJ |
| 脉宽 1) | < 9 fs | < 50 fs | < 30 fs |
| CEP 稳定性 (1小时) 1) 2) | < 250 mrad | ||
| 长期功率稳定性 (8小时) 1) 3) | < 1.5% | ||
| 脉冲间能量稳定性 (1分钟) 1) 3) | < 1.5% | ||
1）典型值。 如需定制，请联系 sales@light-quantum.cn。
2）该 CEP 数值由单点测量结果，而非平均值得出。
3）统一为平均脉冲能量的正规化的均方根。
性能
在 800 nm 波长下的性能指标
OPCPA-HE 高动态范围三阶自相关测量
OPCPA-HE 输出光谱特性
OPCPA-HE 脉冲能量、f-2f 干涉图及 CEP 稳定性（ 16 小时连续测量结果）
OPCPA-HE 输出脉冲时间轮廓测量（基于自参考光谱干涉仪）
在 2000 nm 波长下的性能指标
OPCPA-HE 输出脉冲时间特性分析（ 2 µm 波段）
OPCPA-HE 脉冲能量稳定性分析（2 µm 波段）
配置示例
ELI-ALPS 专用 SYLOS 3 系统——15 TW/1 kHz OPCPA 激光装置
5 TW、100 Hz OPCPA 激光系统
双通道 OPCPA 激光系统——输出功率 6 TW（100 Hz）与 26 TW（10 Hz）
双波长 OPCPA 激光系统（工作波长：800 nm/2000 nm，重复频率：1 kHz）
软件
ORPHEUS-HE 控制系统主界面（Argos 软件平台）
具体配置应用
ELI-ALPS 装置 SYLOS 3 型激光系统——15 TW /1 kHz OPCPA架构
SYLOS 3 型激光系统布局图
ELI-ALPS 大科学装置 SYLOS 3 型激光系统——基于 OPCPA 技术的 15 TW /1 kHz 超强超短脉冲激光装置
SYLOS 3 是一款创纪录的OPCPA激光系统，可输出峰值功率超过 15 TW、平均功率超过 120 W 的超强激光脉冲。该系统由 Light Conversion 与 Ekspla 联合研发，是为 ELI-ALPS 大科学装置建造的第三套 OPCPA 系统。
主要应用领域：
• 相干X射线产生
• 表面高次谐波生成
• 粒子加速
实测数值
OPCPA系统 | SYLOS 3 |
中心波长 | ~826 nm |
脉冲重复频率 | 1000 Hz |
单脉冲能量 | 122 mJ |
脉冲能量稳定性(RMS) | 0.62%（8小时测试） |
脉冲宽度(FWHM) | 7.9 fs |
CEP稳定性 | 161 mrad(8小时测试) |
预脉冲对比度 | 10¹¹ ＞ 50 ps 10⁹ ＞ 10 ps |
空间模式 | 超高斯分布 |
斯特列尔比 | 0.9 |
光束指向稳定性 | ~0.5 μrad(1小时测试) |
隆德大学双通道 OPCPA 系统——6/26 TW @ 100/10 Hz
双通道OPCPA系统——6/26 TW @ 100/10 Hz
双通道 OPCPA 系统——6/26 TW @ 100/10 Hz
迄今Light Conversion峰值功率最高的OPCPA系统（> 25 TW）已部署于隆德大学原子物理系。
主要应用领域：
• 相对论强度实验
• 粒子加速
• X射线脉冲产生
• 阿秒极紫外泵浦-探测实验
实测数值
参数通道 | 100 Hz通道 | 10 Hz通道 |
中心波长 | 839 nm | 857 nm |
脉冲能量 | 53 mJ | 250 mJ |
脉冲能量稳定性(RMS) | 0.74% (8h), 0.6% (1h) | 0.97% (1h) |
脉冲宽度(FWHM) | 8.9 fs | 9.4 fs |
时域脉冲质量 | 95% | 92.3% |
预脉冲对比度 | 10¹⁰ ＞ 50 ps 10⁹ ＞ 10 ps | 9.5×10⁹ ＞ 50 ps ＞ 10⁹ ＞ 10 ps |
CEP稳定性 | 177 mrad (8h) | 251 mrad (1h) |
空间模式与斯特列尔系数 | 超高斯分布 0.74 (无自适应光学) | 超高斯分布 0.56 (无自适应光学) |
光束指向稳定性 | X: 2.1 μrad (8h) | X: 2.1 μrad (1h) |
Y: 3.7 μrad (8h) | Y: 1.7 μrad (1h) |
ELI-ALPS 专用 SYLOS OPCPA 系统 —— 4.5 TW /1 kHz 激光装置
Light Conversion 与 Ekspla 联合研制的 SYLOS 激光系统（2019 年部署于 ELI-ALPS 设施），其 1 kHz 重复频率下的脉冲峰值功率达到同期最先进系统的 4 倍。该系统基于 Light Conversion 的光学参量啁啾脉冲放大（OPCPA）技术，由 PHAROS 飞秒激光器与 Ekspla 皮秒激光器共同驱动。
PHAROS 激光器泵浦双级飞秒光学参量放大器（OPA）系统：OPA1：产生1.3 µm 被动式 CEP 稳定脉冲，用于生成载波包络相位稳定的白光连续谱（WLC）；OPA2：在 700-1000 nm 光谱范围内放大 WLC，为后续 OPCPA 级提供高对比度种子脉冲。经放大后，脉冲能量达 50 mJ（中心波长 850 nm），通过玻璃块与啁啾镜组合压缩，最终获得短至 10 fs 的脉冲宽度。
参考文献：
- R. Budriūnas et al., 53 W average power CEP-stabilized OPCPA system delivering 5.5 TW few cycle pulses at 1 kHz repetition rate, Opt. Express 5, 5797-5806 (2017).
- Sz. Toth et al., SYLOS lasers–the frontier of few-cycle, multi-TW, kHz lasers for ultrafast applications at extreme light infrastructure attosecond light pulse source, Journal of Physics: Photonics 2, 045003 (2020).
匈牙利 ELI-ALPS 设施 SYLOS 激光系统（2019 年部署）
SYLOS OPCPA 系统框图说明（蓝色模块为 Light Conversion 制造组件）