近期，中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室對“新一代超強超短激光綜合實驗裝置”中的200TW/1Hz激光進行性能升級，并利用此激光驅動產生高質量高穩定性電子。相關研究為高峰值功率飛秒激光系統的建設提供了技術指導，為臺式化X射線自由電子激光器的實現提供了原理驗證。
“新一代超強超短激光綜合實驗裝置”激光系統于2015年正式運行，旨在通過激光尾波場加速產生高亮度X射線源。其中，產生電子的穩定性是裝置性能的重要指標。電子的高穩定性將會促進在單能伽馬射線源、電子醫療等方面的實際應用。
激光尾波場加速是一個高度的非線性過程，所產生電子的性能與驅動激光的參數密切相關。為獲得高質量高穩定的電子，該研究團隊對200TW/1Hz驅動激光進行全面升級。在穩定性方面，通過優化放大器的泵浦源和放大模式，放大激光的能量穩定性達到0.55%(std)；通過優化實驗室振動、溫度、氣流，引入光束自準直技術，激光在靶點的指向穩定性達到1.5μrad(std)。該指向穩定性(90分鐘)是目前所知高峰值功率激光系統最好的測量結果。在時空質量方面，通過優化光譜的全局位相，實現近傅里葉變換極限的脈寬；通過控制系統中光學元件的靜態波前畸變，實現近衍射極限的焦斑。最終，利用f/30離軸拋面鏡獲得了6.2×1018W/cm2的峰值聚焦強度，是升級前的2.6倍。在連續300發實驗中，電子的重復率達到了100%，電子的平均峰值能量為667MeV，峰值能量抖動為3.4%(std)。
相關成果發表在《光學與激光技術》上。
200TW/1Hz驅動激光升級工程圖
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