近期，歐洲研究中心ELI-ALPS（Extreme Light Infrastructure Attosecond Light Pulse Source）、固態(tài)/光纖激光器開發(fā)商EKSPLA和飛秒光學(xué)參量放大器（OPA）制造商Light Conversion建立了合作，并簽署了一項(xiàng)研發(fā)合同以建造新的激光器系統(tǒng)SYLOS3，如圖1所示，計(jì)劃安裝在匈牙利塞格德的ELI-ALPS中。

圖1 SYLOS3系統(tǒng)示意圖

SYLOS3系統(tǒng)預(yù)計(jì)耗資600萬歐元，旨在實(shí)現(xiàn)重復(fù)頻率1 kHz、脈沖時(shí)間8 fs、峰值功率15 TW的超高功率激光器，與已經(jīng)安裝在ELI-ALPS上的現(xiàn)有SYLOS2A系統(tǒng)（重復(fù)頻率1 kHz、脈沖時(shí)間6.3 fs、峰值功率4.5 TW）相比，其峰值功率和平均功率均可提高3倍以上。

SYLOS3激光系統(tǒng)計(jì)劃基于OPCPA（Optical Parametric Chirped-Pulse Amplification，光參量啁啾脈沖放大）技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。該技術(shù)是由維爾紐斯大學(xué)開發(fā)，并由于它在抽運(yùn)效率、對比度、帶寬以及輻射控制程度方面優(yōu)于傳統(tǒng)的飛秒（Ti：藍(lán)寶石激光）技術(shù)，因此被認(rèn)為是產(chǎn)生高強(qiáng)度輻射的首選方案之一。

該系統(tǒng)將通過氣體和表面高次諧波的產(chǎn)生以及電子加速來產(chǎn)生相干X射線輻射，并與市場上其他以單脈沖或低頻方式運(yùn)行的太瓦級系統(tǒng)不同，新的SYLOS3系統(tǒng)將以1 kHz的重復(fù)頻率運(yùn)行，從而更好地服務(wù)于各種實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用。

雖然與SYLOS2系統(tǒng)相比，SYLOS3系統(tǒng)峰值功率增加了3倍，但同時(shí)也意味著系統(tǒng)復(fù)雜性也提高了3倍，因此新系統(tǒng)將面臨散熱、功耗、安全性、空間、重量以及多通道組合等一系列挑戰(zhàn)。

為了確保系統(tǒng)的可靠性（脈沖為120 mJ時(shí)，CEP穩(wěn)定性低于250 mrad，能量穩(wěn)定性低于1%），研究人員將從頭開始設(shè)計(jì)和制造新系統(tǒng)，并將所有制造流程放置在立陶宛的維爾紐斯進(jìn)行，預(yù)計(jì)將在2022年底完成交付和安裝，如圖2所示。

圖2 SYLOS3系統(tǒng)安裝成品示意圖

新系統(tǒng)的建立將使研究人員能夠從基礎(chǔ)理論階段進(jìn)入到應(yīng)用科學(xué)實(shí)驗(yàn)階段，并將實(shí)驗(yàn)提高到一個(gè)新的水平以開發(fā)有前途的未來技術(shù)，如激光粒子加速器、阿秒脈沖計(jì)量、非線性XUV/X射線、4D成像等工業(yè)、生物和醫(yī)學(xué)應(yīng)用。