激光豪华版

ELI光束线的激光和实验系统在许多方面都很特别。凭借高达10Petawatts的超高峰值功率，这些激光束能够实现全新的研究应用。该研究中心于2010年启动，因此名副其实--毕竟，ELI这个名字代表着 "极端光基础设施"。ELI是一项大规模的欧盟研究计划，除了布拉格研究所之外，还包括罗马尼亚（ELI核物理）和匈牙利（ELI阿托秒）的研究设施。Lukas Brabec是从一开始就与ELI光束线合作的工程师之一，他自豪地解释说："我们在布拉格附近的小村庄Dolni Brezany从零开始建立了一切，从行政大楼到研究实验室和复杂的激光装置。激光大楼于2016年正式启用。我们有四个不同性质的激光系统，以及六个实验大厅"。如今，150名ELI光束线研究人员，以及越来越多的外部研究团队使用最先进的ELI设备，在生物学、医学、物理学、化学、材料工程、实验室天体物理学和纳米技术方面进行开拓性研究。"从质子治疗的基本原理到核废料去活化的可能性，真的是应有尽有。"Lukas Brabec说道。

ELI光束线激光基础设施的绝对代表作是名为ATON的L4激光系统，其的峰值功率为10PW，脉冲持续时间仅为150 fs，这是前所未有的。L4-ATON激光脉冲被引向各个实验大厅，在那里被用于研究热核聚变反应或粒子加速。L4-ATON基于CPA的系统结构采用了多级光学参数放大，然后在两个大型单元中使用不同的掺钕激光玻璃进行直接放大，这些玻璃以非常精细的方式进行液体冷却。当Lukas Brabec谈到这个伟大的激光系统时，他的眼睛开始闪闪发光。"我们可以在ATON装置上以每分钟最多1次的重复率进行操作，这比可比的kJ级激光器高出一个多数量级！"。虽然我们有其他三个激光系统，但L4-ATON激光器非常特别，我们的一些实验绝对依赖于由这种激光脉冲提供的能量"。

L4-ATON 激光器可以在两种主要模式下运行，即长脉冲模式和短脉冲模式。 在长脉冲模式下，来自宽带振荡器的飞秒脉冲被馈送到整个放大链。 然后使用具有大孔径的介电衍射光栅将脉冲压缩到 10 PW 的最大功率。 用于此目的的压缩机拥有一切：“为了实现 L4-ATON 激光器的极端输出参数，我们必须开发捷克共和国有史以来建造的最大真空室！”，Lukas Brabec 自豪地报告说。 长18米多，宽3.6米，高4.5米，重量不低于55吨，堪称巨无霸。

L4-ATON 激光束的二次输出轮廓，其边长为 62.5 厘米，也似乎来自一个完全不同的星球，因此，构建系统需要非常大的管道轮廓和阀门。 对于 Lukas Brabec，从一开始就很清楚它必须是 VAT 阀：“在我看来，就可靠性和适应性而言，没有可比的产品。” 因此，众多 19 系列 VAT 真空阀（尺寸为 DN 630 和 DN 1000）现在有助于在 ATON 压缩机内部创造一个细致的清洁环境，从而使高度敏感的光学元件得到很好的保护，免受外来颗粒的影响。

对于实验室的通风，ELI的开发人员选择了29系列的VAT角阀。由于实验室尺寸巨大，简单的通风阀在这里是不够的。"VAT的大客户经理Andreas Dostman解释说："在如此大的体积下，如果通风阀突然打开，就有可能产生巨大的压力冲击。这样的压力波的后果是，从可怕的巨响到可能损坏炉膛库存，更不用说炉膛内的湍流了。解决这个问题的巧妙办法是：软启动技术。安德烈亚斯-多斯特曼对其作用机制描述如下。"一个可扩展的旁通阀被集成到29系列角阀中，这样就可以以级联方式处理通风。通过首先打开较小的旁通阀，压差以一种可控的方式降低，因此不会出现压力冲击。一旦室中的压力上升到一个可接受的水平，我们就打开常规阀门，剩余的空气就会流入"。

"我们在Vakuum Servis为ELI提供快速的一级支持。毕竟，我们直接在现场，可以灵活地回应所有要求。对于较棘手的技术问题，由哈格或其他VAT地点的VAT专家提供二级支持，"Pavel Petrvalsky恰当地描述了这种合作。正如Andreas Dostman所指出的，ELI的一个明显优势。"我们以这种方式与Vakuum Servis等强大的合作伙伴进行全球合作，以便能够以最有效和最直接的方式向客户提供我们的专业知识"。Lukas Brabec也认为这种分工非常成功。"许多关于真空技术的日常问题在与Pavel面对面交谈时可以得到更好的澄清"。

ELI光束线的另一个宝贝是L3激光系统HAPLS（高重复率高级皮塔瓦特激光系统）。L3-HAPLS 激光器设计用于产生 PW 脉冲，其能量至少为 30 J，持续时间小于 30 fs，重复频率为 10 Hz。"HAPLS主要由加州劳伦斯-利弗莫尔国家实验室开发，但我们ELI光束线公司参与了脉冲压缩机、短脉冲诊断和短脉冲计时的开发，"Lukas Brabec评论了这个激光系统的起源。与它的 "大哥 "L4-ATON相比，L3-HAPLS激光器显得相当温和，其光束尺寸 "仅 "为214×214毫米。尽管如此，该技术仍有其工作要做。"Lukas Brabec解释说："我们使用直径为500毫米的管子，这里还使用了许多VAT阀门--例如16.2系列的摆式真空阀，以便在再生过程中将低温泵与真空室隔离。

对于生物分子或材料科学中的一些特殊应用，ELI光束线需要超高的真空条件，即压力低于10-9巴。"我们传统的真空系统是为10-6到10 -7 mbar设计的，因此可以用ISO-F法兰操作，"Lukas Brabec解释说。"但是对于超高真空条件，我们在实验室中使用CF法兰。" 最终产生超高真空的涡轮分子泵被11.1系列的VAT隔离阀所屏蔽。然而，在实验室之间，使用的是16.2系列的VAT摆式隔离阀。Andreas Dostmann对这个决定解释如下。"由于扇形阀直接位于工艺链中，它们必须满足颗粒排放方面的最高要求"。此外，一些扇形阀必须有最佳位置的蓝宝石窗口，以便在设置实验时可以使用激光对准光束。Lukas Brabec说："在设计阶段，我们与VAT的同事就所有这些问题进行了深入的沟通，我们对结果非常满意，"他再次被VAT广泛而又可单独适应的产品系列所吸引。魅力完全是相互的，正如Andreas Dostmann热情地证实的那样：“ELI Beamlines 正在开展出色的项目！”

尽管欣喜若狂，但参与其中的每个人仍需耐心等待。截至今天，四个激光系统中的两个已经完全完成，并可靠地投入运行。"在L4-ATON，我们几乎处于最后阶段，"Lukas Brabec乐观地展望着未来，"目前，我们仍然需要解决激光光束路径中反射镜周围的一些最终问题。巨大的镜子必须是超光滑的，并以高精确度塑造，这就是为什么需要特别仔细的测试"。由于这个原因，ELI的研究人员还不能以10PW的最大功率操作ATON激光器。但他们相信，这些最后的挑战将很快被克服--届时 ATON 及其三个激光器兄弟姐妹将最终能够展现出它们的全部实力。