预放系统20 kJ能源触发放电稳定性

预放系统20 kJ能源是为激光预放大器棒状氙灯提供泵浦脉冲的能源系统,是神光-Ⅲ主机高功率固体激光装置的重要组成部分。预放20 kJ系统能源触发放电的稳定性严重制约预放系统的调试效率和正式的激光打靶效率。针对预放能源系统在与A1/A2/A3光束组预放系统棒状放大器联合调试过程中发现存在提前放电、放电不同步和不放电等问题,开展了预放20 kJ能源系统触发放电的稳定性研究,提出了相应的解决措施并通过试验验证,将20 kJ能源系统触发放电的稳定性大幅提高。     

高性能10J级四程预放大技术研究

提出了一种新型的高功率激光装置的预放系统结构,采用钕玻璃再生放大结合离轴四程放大的技术途径,研究了四程放大中寄生振荡和笔形光束的产生机理和抑制措施。通过注入脉宽为3ns,单脉冲能量小于1nJ的1053nm单纵模种子激光,可以获得10.3J的近衍射极限输出,总增益大于1010,能量稳定性为2%,输出激光为近平顶分布,近场填充因子为71%,近场调制度约为1.4,91%的焦斑能量能聚焦于2倍衍射极限内。实验结果和输出性能完全满足激光装置预放系统的性能要求,验证了多程放大技术在高功率激光装置预放系统中应用的可行性。     

预激光技术概述

本文对现有的预激光应用做了归纳总结并得出结论:预激光能控制光场的各个特征参量。预激光控制频率可以实现锁频和选单轴模;控制位相能实现调Q主动锁模、自注入锁模和耦合腔注入锁模;控制空间振幅分布,能实现调Q状态下的选基横模。 本文还详细介绍了我们利用预激光技术完成的耦合腔注入锁模实验。我们采用单棒双腔结构,将高阈值腔产生的静态预激光剪切一部分注入染料腔中进行锁模,结果发现耦合腔注入锁模与普通被动     

百焦耳级有源反射镜钕玻璃激光放大器

搭建了一套氙灯抽运的有源反射镜钕玻璃激光放大器系统。实验研究了有源反射镜钕玻璃激光放大器的增益特性及能量提取。钕玻璃几何尺寸为380mm×160mm×30mm,掺杂浓度为2.2%(质量分数)。充电电压为23kV时,实验测得系统的小信号增益系数为0.056cm-1,储能效率为2.0%。充电电压为22kV时,输出激光光斑尺寸为126mm×126mm,脉冲宽度为5ns;预放注入能量为6.67J时,激光放大系统获得最大为349J的能量输出。系统静态波前峰谷(PV)值为8.38λ。     

神光Ⅲ原型装置红外脉冲波形测量系统的研制

为了提高神光Ⅲ原型装置激光脉冲波形测量的稳定性、可靠性、经济性,对原有测量系统进行了改造。整个系统由取样与光纤耦合单元、光纤传输单元、光纤合束与光电转换单元、数据采集单元构成,采用近场耦合光纤取样、时分复用的光纤传输技术,利用一台示波器和光电转换器实现了神光Ⅲ原型装置的预放、主放16束激光脉冲时间波形的测试,提高了系统的运行效率和运行成本。     

紫外预电离TEACO_2放大器

紫外光预电离TEACO_2放大器是作为大功率CO_2激光系统的一种功率放大器。本文采用印刷线路板制成的表面火花列阵作为紫外预电离源,并使用单独的能源供电来控制紫外光预电离的强度,激光放电与预电离之间的时间延迟由可控的延迟触发控制。放大器每立升输入能量为260焦耳。小信号增益为3.8％/厘米。     

高功率高重频TEA CO2激光器激光放电腔技术

介绍了高功率、高重频TEA CO2激光器激光放电腔的放电电路、结构及特点,针对该系统的性能实施了合理的技术设想及研究方法。在分析高功率TEA激光器技术基础上,讨论了TEA CO2激光器激光放电腔的基本机理。该系统由多只具有储能充、放电功能的陶瓷电容,通过低阻抗匹配传输线、放电电极和紫外光预电离装置向激光器高能放电腔注入电能,获得高重复频率脉冲和高能量脉冲,经光学谐振腔窗口输出高功率激光。描述了储能充放电路、高压快脉冲、低阻抗匹配传输线、放电电极和紫外光预电离等技术的具体应用。     

ArF准分子激光光源电极系统设计及电场仿真研究

电极系统是ArF准分子激光光源的核心部件。首先通过对ArF准分子激光光源电极系统的初步设计,得到合适的放电区尺寸,提供了电极和预电离电极电压的加载方式,从而形成由阴极、阳极、预电离电极、陶瓷件和工作气体五部分组成的电极系统简化模型。然后基于该电极系统简化模型,在不同电压加载条件下进行了电场仿真。仿真结果表明,放电区域电场分布均匀对称,电极系统设计较为合理。     

工作条件对TEA序列带CO2激光器输出的影响

选择主放电电容器容量、电压、混合气配气比和预电离条件等对ＴＥＡＣＯ２序列带激光输出随注入能量变化的特性进行了研究。采取有效的能量注入,获得了好的输出结果。     

印刷电路板预电离小TEACO2激光器两种照射模式研究

通过使用印刷电路板预电离小TEACO2激光器,研究了预电离过程中两种照射模式-照射阳极模式和照射阴极模式下,激光器注入能量和输出能量的关系,实验得出,在印刷电路板预电离小TEACO2激光器中,两种照射模式的注入与输出曲线基本吻合,而照射阳极模式下印刷电路板预电离小TEACO2激光器更具有潜力。     

Fusion Factory Starts Up

Later this month in California, construction will be completed at Lawrence Livermore National Laboratory's National Ignition Facility, or NIF, the world's most powerful laser system 12 years and roughly US $3.5 billion after it was begun. The plan is for NIF?s 192 neodymium lasers to create controlled moments of fusion by focusing their energy on 3-millimeter-wide pellets of deuterium and tritium.     

基于非线性渐增原理获得抛物线型自相似脉冲的研究

采用理论推导和数值模拟相结合的方法研究了脉冲在指数渐增的非线性渐增光纤(NIF)中的自相似演化。结果表明,与双曲渐减的正色散渐减光纤(ND-DDF)类似,利用指数渐增的NIF也可获得具有严格线性啁啾的抛物线型自相似脉冲。同时深入研究了ND-DDF和NIF两种增益等效方式对自相似演化特性的影响,结果表明:1)等效增益决定了脉冲自相似演化的结果,等效方式决定了脉冲自相似演化进程快慢;2)在具有相等的等效增益条件下,脉冲在指数渐增NIF和双曲渐减ND-DDF中演化为相同的自相似脉冲,但是前者对脉冲的自相似演化更高效,即前者实现自相似演化所需光纤长度更短;3)两种增益等效方式所需光纤长度的关系是使得各自具有相同的光纤有效放大因子。     

一种单次精密时序电脉冲的产生方法

单次精密时序电脉冲系统是大型固体激光装置的神经中枢,大型固体激光装置需要数百路单次精密定时触发电脉冲来控制激光的运行和诊断。在一次发射周期,全装置需要的电脉冲时序持续2s以上,要求电脉冲相互间时间抖动小于100ps。因此提出了一种单次精密时序电脉冲的产生方法,按此方法研制出的多路时序触发系统已经成功应用在大型激光装置上。     

紫外激光脉冲的光纤传输特性研究

为了满足大型激光系统对紫外激光脉冲时间波形测量要求,采用紫外单模光纤进行传输取样的方法,理论分析了紫外脉冲在光纤中的线性传输特性,对影响脉冲波形测量的因素进行系统评价;并测试了紫外激光脉冲经过单模纯石英光纤传输后的脉冲波形。结果表明,对于纳秒、亚纳秒量级的紫外激光脉冲,单模紫外光纤是一种较好的传输介质;考虑到光纤损耗及探测器灵敏度限制,紫外光纤不宜作长距离传输。研究结果对高功率激光装置紫外光脉冲时间波形测量提供了理论和实验依据。     

输出大啁啾脉冲的展宽脉冲锁模光纤激光器

报道了一种大啁啾脉冲输出的全光纤展宽脉冲锁模激光器,以非线性偏振旋转(NPR)实现自启动锁模。激光器其余部分为全单模光纤(SMF)结构,提供很大的正色散,光栅对提供色散补偿,输出展宽脉冲。实验中得到了重复频率36.96MHz,单脉冲能量1.81nJ的稳定锁模脉冲序列,使用频谱分析仪观测得到脉冲序列一次谐波信噪比(SNR)达到80dB。直接输出脉冲有很大的正啁啾,脉宽为2.17ps,经过腔外压缩可获得70fs的脉冲。这种能压缩到百飞秒量级的大啁啾脉冲非常适用于光纤啁啾脉冲放大(CPA)系统。     

抽运染料激光主振荡-功率放大链的固体激光脉冲时序控制

对于多台固体激光器抽运的脉冲染料激光主振荡-功率放大(MOPA)链,在放大器中,抽运激光与染料种子激光不仅在空间上要求匹配,而且激光脉冲在时间上也要求匹配。为此,提出了进行激光脉冲时序的控制方法。该方法采用光纤、光开关和随机重复采样等技术实现快速激光脉冲的计算机数据采集。根据实验,抽运和染料激光脉冲的时间匹配最好时,它们的峰值几乎是重合的,由此提出以脉冲峰值处作为延迟时间的测量点来排除脉宽变化的影响,以及采用二次多项式曲线拟合的数据处理技术来排除峰值处延迟时间的测量干扰,实现抽运激光脉冲时序纳秒级的测量和闭环控制。控制系统的手动单步控制误差和延迟时间测量误差小于±0.2 ns,闭环控制精度可达±1 ns。     

LDA泵浦Cr4+:YAG被动调QNd:YAG激光器实验研究

采用300W准连续激光二极管阵列LDA端面泵浦Nd:YAG晶体,微柱透镜和透镜导管耦合,Cr4 :YAG可饱和吸收体被动调Q,实现调Q脉冲输出,激光腔长4.5cm,Cr4 :YAG晶体初始透过率Tcr=73.2%,泵浦能量63.48mJ,输出单脉冲激光,脉冲宽度10ns,单脉冲能量3.42mJ,输出脉冲被调制并产生明显尾脉冲现象,分析了原因,说明调制脉冲是由于空间电磁辐射干扰,Cr4 :YAG晶体的慢恢复可饱和吸收特性导致尾脉冲产生。     

高稳定度大能量三波长脉冲激光系统研究

设计了一套高稳定度大能量输出的三波长Nd:YAG激光系统,用作激光清洗光源.该系统包括振荡级、放大级及后续波长切换系统.为解决激光棒热致双折射效应造成的输出能量下降和输出不稳定,在输出镜和激光工作物质之间插入λ1/4波片,并对波片的补偿效果进行了研究.结果表明:插入波片后振荡级输出能量提高了10％,稳定度明显提高.重复频率为10 Hz时,1064 nm激光经放大后单脉冲能量可达700 mJ,其单次通过倍频晶体BBO,得到532 nm激光的单脉冲能量为325.6 mJ,四倍频后得到266 nm激光的单脉冲能量为84 mJ.1h内测得的三波长激光输出能量不稳定度均小于0.6％.     

重复率激光的单个脉冲能量检测技术

介绍了一种基于热释电探头的准分子激光能量检测系统,实现了对0～200Hz重复率运行的准分子激光单个脉冲及多脉冲系列的能量实时检测。它由探头、放大、峰值保持、MCU、显示和通讯几部分组成,解决了闸流管放电强电磁干扰等难点,并在193nmArF和248nmKrF准分子激光器上进行了测试：响应时间4ms、分辨率10 、灵敏度0.5 、精度 3％。本系统既可作为能量计使用,也可以作为检测环节用于脉冲能量闭环稳定系统中,如采用响应速度更高的光电管,有望实现高重复率准分子激光光源的实时脉冲能量检测和稳定等技术。     

非制冷焦平面热像仪获取脉冲CO2 激光光斑研究

采用漫射红外成像法对脉冲CO2 激光光斑进行了测量,分析了电扫描体制非制冷红外焦平面热像仪获取窄脉冲CO2 激光光班的机理,解释了出现半光班现象的原因;并采用同步发射激光技术,保证了单次激光脉冲的完整、稳定捕获,得到了脉冲CO2 激光相对光强分布及相关光束质量参数。