N31钕玻璃片状放大器增益特性研究

在惯性约束聚变(ICF)激光驱动器中,片状放大器系统为装置提供超过99%的能量,是装置最重要的系统之一。大口径高通量验证实验平台(ITB)装置是我国为开展ICF研究而研制的激光装置,单束输出能量达到19.6 k J(脉宽5 ns,中心波长1053 nm)。介绍了大口径N31钕玻璃片在ITB装置400 mm单口径片状放大器系统中应用的增益特性。实验结果表明,采用尺寸为810 mm×460 mm×40 mm、Nd3+离子浓度为3.5×1020cm-3的N31钕玻璃片,结合装置片状放大器系统放电回路参数与抽运腔结构参数优化,输出小信号增益系数达到5.28%/cm,增益损耗比为15∶1;360 mm激光光束口径范围内增益均匀性(最大值/平均值)达到1.063∶1。     

400 mm口径片状放大器JG2钕玻璃增益与激光输出性能实验研究

介绍了用于惯性约束聚变研究高功率激光驱动装置400 mm口径片状放大器系统的JG2钕玻璃片激光增益与激光输出性能等实验研究结果。利用一组三片长的400 mm口径4×2组合式片状放大器系统开展的增益性能实验结果表明,系统工作电压31 kV时小信号净增益系数达到5.37%/cm,小信号增益倍数为1.284倍/片/程,发次运行完成后利用0.3 m/s的洁净干燥气体进行冷却,热恢复时间约为2 h;利用大口径高通量验证实验平台开展的实验结果表明,基于JG2与N41钕玻璃片的优化组合使用最高输出能量达到21.3 kJ/1053 nm,目前已稳定运行500余发,未出现包边胶层异常与材料体损伤等故障。     

调制器、解调器

0102164大口径方光束片状放大器小信号增益实验研究[刊]/王成程//强激光与粒子束.—2000,12(2).—155～158(D)介绍了一台24cm×24cm 的大口径钕玻璃片状放大器,并且在不同充电电压下进行了实验测试。在充电电压为22kV、泵浦能密度为14.62J/cm~3 的条件下,获得了4.9％cm~(-1)的小信号增益系数的2.43％的储能效率。参4     

70倍高增益激光二极管阵列侧面抽运钕玻璃放大器

对侧面抽运模块的抽运结构进行了优化,采用漫反射腔设计,利用3个激光二极管阵列(LDA)旋转对称抽运尺寸为Ф2mm×75mm,掺杂原子数分数为4%的钕玻璃棒。钕玻璃棒两端面镀有在1053nm高透率为99.8%的增透膜,为消除放大的自发辐射(ASE)光振荡,钕玻璃两端面采用1.5°倾角设计。放大器采用集体制冷,产生的热量由在热沉中流动的去离子水带走。能量10μJ,工作频率1Hz,脉冲宽度3ns,输出波长1053nm的种子激光经过钕玻璃放大器后,在抽运功率为8.2kW,抽运脉冲宽度为400μs时达到了70倍的稳定高增益,放大器的荧光分布均匀,脉冲波形图放大后无畸变。     

60倍高增益钕玻璃放大器

激光二极管(LD)抽运的高增益钕玻璃激光放大器具有增益频带宽、热影响少、能够重复频率工作、体积小等优点,并且因为容易与大口径的钕玻璃放大器组合实现超大能量的激光输出,使得其在强场物理领域应用广泛。但由于钕玻璃受激发射截面小,比YAG等常用的激光晶体低1个数量级,所以要实现高增益放大倍率较困难。中国科学院北京国科世纪激光技术有限公司采用三维旋转对称抽运结构,如图1所示,玻璃管外壁与激光二极管相对的部分镀有反光膜,玻璃棒和玻璃管之间通循环冷却水。图2为增益放大的光路。在注入钕玻璃放大器的能量分别为18μJ和30μJ时,…     

大口径N31钕玻璃片高增益情况下热性能研究

大口径高通量验证实验平台(以下简称ITB装置)是我国为开展惯性约束聚变(ICF)研究而研制的激光装置,单束输出能量达到了19.6 k J(基频发射波长为1053 nm,脉宽为5 ns)。对大口径N31钕玻璃片在ITB装置400 mm×400 mm单口径片状放大器系统上应用的热特性进行了实验研究,结果表明:在增益系数为5.28%cm~(-1)高增益情况下,整个激光链路热致动态波前畸变峰谷值dPV约为5.3λ,处于变形镜校正范围之内;结合合理设计冷却方案,剩余波前畸变恢复时间约为2.5 h,满足了系统运行发次间隔为4 h的设计要求。     

基于Pulser/Sustainer技术的高重复频率长脉冲紫外预电离TE CO2激光器

详细研究了一台增益体积为1.17 L,采用pulser/sustainer技术激励的高重复频率长脉冲紫外预电离TE CO2激光器的运转特性.激光器最高脉冲重复频率100 Hz,输出激光脉冲半峰全宽(FWHM)约23.0μs.实验记录了稳定辉光放电与有起弧的辉光放电时激光器的放电电压/电流波形;测量得到当sustainer充电电压从12 kV到30 kV时,激光器输出脉冲能量从约0.40 J变化上升至约4.0 J,观察到在同-sustainer充电电压下,激光器输出平均功率随脉冲重复频率线性变化;监测到激光器以sustainer充电电压22 kV,重复频率100 Hz连续工作10 min时,输出平均功率仅从最大257 W下降至247 W.实验数据表明,与采用低感快脉冲放电激励相比,这种新型的长脉冲TECO2激光器具有增益开关效应小、输出动态范围大、"起弧适应性"好、输出平均功率下降慢等特点.     

重复频率3Hz、100mJ高光束质量钕玻璃放大器的研制

研制了具有放大纳秒方形激光脉冲的高光束质量、高稳定的激光二极管(LD)抽运的钕玻璃激光放大器。为了获得较高的输出能量,采用LD泵浦的"串联式双程放大"高增益组件进行能量放大。为了获得高光束质量的光斑,利用液晶空间光调制器(LCSLM)对光束近场分布进行空间整形,使之产生特定的空间分布,进而对后级放大器增益不均匀性进行光学预补偿。放大器工作波长为1 053nm,工作频率为3 Hz,输入1nJ的3ns方形激光脉冲,输出激光脉冲能量为100mJ、光束口径为10mm×10mm的方光斑,能量不稳定度小于2%(均方根),净增益大于109。光束的近场调制度小于1.3∶1,远场焦斑衍射极限小于2DL,远场角漂移小于9.5μrad。     

高功率钕玻璃固体激光放大器物理性能优化设计

给出高功率固体激光放大器小信号增益特性的时间和光谱分辨的物理模型,该模型包括了激光放大器能量转换的4个主要环节:(1)抽运源,(2)腔传输,(3)增益介质和(4)增益特性与储能效率.该模型详细地考虑了氙灯辐射的光谱和时间特性,以及增益介质中钕离子的光谱吸收特性.为避免大量的数值运算,从而对不同的放大器构型进行快速的优化判断,模型中采用了经验方法来描述放大器的放大自发辐射效应.利用该物理模型,我们对目前正在研制的口径达300 mm×300 mm高功率钕玻璃固体激光放大器的各单元参数进行了细致的优化,并给出了放大器的增益特性及储能效率,模拟计算结果表明,在23 kV常规工作电压下(氙灯工作负载fx=0.2),放大器小信号增益系数为5.1%cm-1,储能效率为3.1%,满足设计要求.最后我们还利用该模型对几种典型的放大器进行了综合比较,包括单口径片状放大器(SSA)、Beamlet 2×2片状放大器、NIF 4×2片状放大器等.(OC37)     

万兆瓦可调谐钕玻璃激光装置建成并通过鉴定

中国科学技术大学强激光物理实验室从1979年起,进行万兆瓦可调谐新颖高功率钕玻璃激光装置的研制,经10年努力,目前已研制成功,并于1989年11月25日通过了中国科学院院级鉴定。 该装置是在万兆瓦级高功率钕玻璃激光系统上实现输出激光波长连续可调谐的。整个装置由可调谐、窄带钕玻璃调Q激光振荡器、二级前置钕玻璃激光放大器、三级φ20×500mm钕玻璃激光主放大器、三级φ35×500mm钕玻璃激光主放大器、二级φ45×500mm钕玻璃激光主放大器,以及电光削波开关、电光隔离开     

新型阵列式片状放大器点探针光小信号增益实验研究

介绍了一台通光口径为 2 9cm× 2 9cm的新型高功率固体激光阵列式片状放大器 ,并且在不同充电电压下进行了实验测试。在充电电压为 2 3kV ,抽运能量密度为 10 0J/cm3 的条件下 ,获得了平均值为 4 99%cm-1的小信号增益系数和 3 0 %的储能效率。     

重复频率泵浦钕玻璃放大器的热性能分析

重复频率激光放大器在重频工作条件下,激光增益介质的温度升高会影响其放大能力,其内部的温度梯度会影响激光光束的光学质量,甚至会发生激光增益介质的热破坏。对国产抗热冲击钕玻璃棒工作在一定频率下的温度分布和波前畸变进行了数值分析,讨论了国产抗热冲击型钕玻璃棒在重频下的工作性能并进行了实验验证。理论和实验结果表明:在1800J的氙灯泵浦能量条件下,Φ16mm×216 mm的钕玻璃棒(掺杂0.5%)在0.1 Hz工作条件下,钕玻璃棒在3 min左右就可达到热平衡,其波前畸变量为0.5λ;在400 mJ(5 ns)的注入能量条件下,其输出能量为1.2 J。     

高能量高效率钕玻璃再生放大器

为了获得高能量、高效率的钕玻璃前置放大器,设计了一套钕玻璃再生放大系统。通过调节单程增益和优化腔模设计,使得增益介质中的小尺度自聚焦效应得到有效控制。在重复频率1Hz运行下,获得最大输出能量21mJ、脉冲宽度2.65ns的激光输出,相应的光-光转换效率为5%,总增益达108,光束质量因子M2=1.5,脉冲能量稳定性均方根(RMS)值小于2%(超过2h连续工作),光谱的中心波长为1052.92nm。     

热畸变对单板条热容激光器输出的影响

开展了激光二极管(LD)抽运的全固态热容激光器的理论与实验研究,数值模拟了在热容工作条件下侧面抽运的Nd∶YAG板条激光器的热透镜效应,分析了热透镜效应对激光输出的影响,并进行了相应的实验论证。实验中采用的晶体尺寸为57mm×40mm×4mm,激光二极管阵列的抽运峰值功率为12kW,重复频率为1kHz,占空比为20%,为了获得较高的增益,将抽运光通过光学系统进行聚焦,抽运光在晶体侧面的光斑大小为15mm×57mm.实验中观察了1s内的脉冲能量输出的波动情况,在开始工作的时候单脉冲能量输出为1J,在1s后单脉冲能量输出下降到开始的50%。     

用于大口径钛宝石放大器的四路钕玻璃抽运源

研制了一套能量输出稳定、光斑分布均匀、时域近方波形的四路钕玻璃抽运源系统。系统能够输出4×180J的基频能量(波长为1053nm),4×80J的倍频能量(波长为526.5nm)。主要结构包括四部分:前端种子源、再生放大器、钕玻璃棒放链和KDP倍频晶体。利用偏振片实现了垂直偏振的两路基频光合束,经过第二类相位匹配KDP晶体倍频,获得了共线且同偏振的526.5nm倍频光,实现了用于150mm口径钛宝石放大器的结构紧凑的双脉冲抽运源。     

非链式电激励脉冲HF激光器

介绍了利用紫外预电离和横向放电结构建立的非链式电激励脉冲HF激光装置,对激光工作介质SF6/C2H6混合气体的放电特性以及不同气体总压和气体分数比条件下的激光能量变化进行了研究,并对激光脉冲信号和近场光斑的空间分布进行了实验测量.实验结果表明:混合气体的放电过程具有辉光放电、电压维持和电弧放电的阶段性特点.为获得最佳的激光输出,混合气体中的C2H6含量应控制在6%～8%之间,并且不同混合气体总压对应着不同的最佳充电电压.在充电电压为28kV、总气压为12 kPa、C2H6含量为8%时获得最大单脉冲能量为0.6 J,比能量输出达到8.5 J/l,激光器的电光转换效率约为2.5%.     

有源反射镜式片状Nd∶LuAG增益介质热分析

对大口径有源反射镜式片状Nd∶LuAG陶瓷激光增益介质在高功率激光二极管(LD)抽运条件下的热效应及其引入的波前畸变进行了分析。片状Nd∶LuAG陶瓷尺寸为64mm×6mm,抽运峰值功率为58.5kW,抽运光斑大小为32mm×35mm,在激光光束的入射角度为15°时对有源反射镜式片状Nd∶LuAG增益介质的热效应和波前畸变进行仿真分析。仿真结果显示在抽运状态时片状Nd∶LuAG陶瓷的最高温度为55.6℃;水平方向和垂直方向引入的负焦距分别为F_H=-65.78m和F_V=-77.28m。模拟放大后激光波前畸变峰谷值为4.33λ(激光波长λ为1064nm),波前畸变主要为离焦量导致的像散。在此基础上搭建了相应的实验装置,测得抽运状态下Nd∶LuAG陶瓷的温度分布及引入的激光光束波前畸变。模拟分析数据与实验数据相吻合。模拟计算和实验分析结果为片状Nd∶LuAG陶瓷激光放大系统抽运均匀性的优化及激光光束质量的控制等提供了重要的参考依据。     

输出能量1.5J的LiF∶F_2~-色心激光振荡

我们用(?)8×160mm钕玻璃激光作为色心激光的纵向泵浦光源,以30×30×2.5mmLiF:F_2~-色心晶体做调Q元件,单脉冲输出时脉宽200ns,多脉冲的脉宽为0.8ms,能量为10J.大块优质LiF:F_2~-色心激光晶体尺寸38×47×73 mm,谐振腔由二块平面介质反射镜构成,在1.1～1.26μm波段范围内其反射率分别为100%和8%.谐振腔长度约为30cm,LiF:F_F~-色心晶体在谐振腔内的安放位置与钕玻璃激光的倾斜角约为4°.LiF:F_2~-色心激光振荡经LN晶体倍频,调至具有明亮的58nm黄色激     

片状放大器系列的设计(物理参数)与研制

片状放大器系列,包括通光口径为φ100mm、φ150mm,φ200mm三种规格。本文论述了在高功率钕玻璃激光系统中,由于钕玻璃负载强度及非线性小尺寸自聚焦的限制,输出激光功率的提高总是以扩大工作物质的口径为代价。又由于钕玻璃的热导率低,大口径棒状放大器光泵热畸变比较严重,对激光束的质量影响较大。片状放大器是多灯面泵浦的,保证了光泵的均匀性,因而在大型钕玻璃激光系统中采用片状放大器是必要的。给出了片状放大器系列在设计中所考虑的问题:工作物质的选择、寄生振荡的抑制、光泵系统以及对钕玻璃片加工面     

20TW亚皮秒激光系统(SPS)与中子产生实验研究

利用啁啾脉冲放大技术 ,建成了一台基于钕玻璃放大器 10 5 3nm波长的亚皮秒超短脉冲激光系统 (SPS)。系统的输出峰值功率大于 2 0TW ,靶面最高能量可达 16J ,采用离轴抛物面反射镜聚焦 ,在靶面上获得 2× 10 18W /cm2 的激光功率密度 ,以此激光脉冲轰击氘化聚苯乙烯平面靶 ,获得单次发射最高 2 4× 10 4个中子产额。对中子产生的机理进行了相关的讨论