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。     

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。     

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。     

400mm口径N41钕玻璃片的热效应

对应用于惯性约束聚变(ICF)激光驱动器的新型N41大口径钕玻璃片在高增益条件下的热效应进行了系统研究。实验结果表明,在平均小信号净增益系数达到0.0525cm-1的高增益情况下,385mm×385mm口径范围内两片双程的热致动态波前畸变的峰-谷值约为0.84λ(λ=1053nm),处于变形镜校正范围之内;基于目前的冷却方案,剩余波前畸变的恢复时间约为2.5h,满足系统每4h发射一次的设计要求;每次发射7h后,系统内仍存在热气体对流引入的微小畸变;理论预测结果与实验结果一致。该研究为下一代ICF激光驱动器内片状放大器系统的研制提供了实验参考。     

大口径近红外激光液晶波片研制

介绍了液晶光学器件在高功率激光装置上的应用,设计并制作了通光口径为50mm×50mm的1053nm红外液晶λ/4波片,测量了液晶波片的液晶层厚度、位相延迟和激光损伤阈值.初步验证了液品波片在高功率激光装置上应用的可行性.     

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。     

大口径平板中频波前均方根的测量方法

在高功率激光系统中,大口径元件的中频波前影响系统的安全运行,中频波前均方根(PSD1)是用来评价中频波前质量的关键参数。由于大口径干涉仪在系统传递函数(STF)上不能完全满足中频波前的检测要求,提出采用小口径高分辨率干涉仪检测的统计分析方法,建立了统计理论模型,分析了测量不确定度。建立了子区域PSD1检测装置,提出了子区域倾斜补偿法,提高了检测精度。理论及实验结果表明针对400mm×400mm分析区域,子区域数量设置为4×4,置信水平为95.4%时,测量不确定度为±0.266nm。该方法与大口径干涉仪检测法的对比实验表明,400mm×400mm分析区域内检测结果偏差小于5%。子区域统计分析法是对大口径干涉仪检测法的有益补充,对先进光学制造工艺的优化具有重要的参考价值。     

用于激光核聚变的玻璃

介绍并对比了用于高功率激光核聚变的硅酸盐、磷酸盐、氟磷酸盐掺钕玻璃;介绍了玻璃成分与光谱及激光参数的关系,以及非线性折射率和钕离子4F3/2→4I11/2能级对不同玻璃成分中的受激发射截面、荧光寿命的影响;此外还对大型激光玻璃的特殊工艺———磷酸盐激光玻璃的连续熔炼工艺、除水工艺和除铂工艺原理作了讨论。     

掺钕磷酸盐玻璃的小信号增益性能

测试了应用于神光Ⅱ系列装置93片N31型钕玻璃的小信号增益系数。结果表明,Nd2O3质量分数为2.2%的钕玻璃平均小信号增益系数为0.0387 cm-1,Nd2O3质量分数为3.0%的钕玻璃平均小信号增益系数为0.0416 cm-1,两种浓度的钕玻璃不同样品间小信号增益系数的起伏范围分别为0.86%和0.76%。根据所测定的增益值,表明N31型钕玻璃的增益起伏符合神光Ⅱ系列装置要求,为实现该装置中每一路增益性能的平衡提供了有力保障,也为今后对更大尺寸钕玻璃增益性质的控制提供了经验。     

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。     

片状放大器的静态波象差及对激光束方向性的影响

用三平板同轴全息干涉仪,研究了通光口径为φ100mm磷酸盐钕玻璃片状放大器的静态波差畸变;用CCD扫描测出再现焦点的尺寸,由此给出静态波象差对激光方向性影响的定量结果。     

大口径钕玻璃坯片中铂金颗粒的强激光辐照检测

采用输出能量为10 J、脉宽为10 ns、重复频率为10 Hz的Nd:YAG激光器,根据美国NIF、法国LMJ和俄罗斯LUTCH装置的铂金颗粒检测参数,建立了大口径钕玻璃铂金颗粒扫描平台。在此平台上,测试并研究了N31大口径钕玻璃内部的铂金颗粒夹杂物在强激光辐照下的破坏情况。高分辨率光学体视显微镜对铂金颗粒夹杂物破坏后的形貌进行了观测和讨论。初步研究表明,在正常生产工艺条件下生产出的钕玻璃,其内部不存在铂金颗粒夹杂物。当去除铂金的工艺出现异常时,在钕玻璃内部是有可能出现铂金颗粒夹杂物颗粒的。所建立的扫描参数能够将不可见的微颗粒有效地检测出来,从而及时准确反馈除铂金的工艺条件,确保钕玻璃生产的正常进行。     

LD抽运Cr,Nd:YAG倍频输出532 nm绿光

我们用本所生长的掺 0 .0 2 5 at.- % Cr和 0 .5 at.- % Nd的 Cr,Nd:YAG晶体作为激光增益介质 ,在室温下获得了 5 32 nm的绿光输出。实验中所用的 Cr,Nd:YAG晶体的尺寸为 8mm× 8mm× 1 .8mm,Cr4 在 1 .0 6 4μm的吸收系数为 0 .1 44 cm- 1 ,Nd3 在 80 8nm处的吸收系数为 2 .6 cm- 1 。用脉冲 LD作抽运源 ,抽运光波长为 80 8nm,脉冲宽度为 2 ms,重复率为 2 0 0 Hz,输出的最大功率为 2 W,占空比为 5 :1。采用端面抽运方式 ,抽运光直接入射到晶体上。Cr,Nd:YAG晶体的两个面作为激光谐振腔 ,设计为平 -平腔 ,晶体的输入面镀 80 8nm增…     

Nd∶YL F 激光放大器实验研究

描述了LD 阵列侧面泵浦Nd∶YL F 激光放大器的实验研究,采用LD 阵列紧密围绕棒 状Nd∶YL F 直接泵浦,这种结构不但提高泵浦光利用率,而且具有很好的泵浦均匀性。该激光放大器的口径为<3mm ,在1053nm 小信号增益为2. 84 。     

Nd∶YLF激光放大器实验研究

描述了LD阵列侧面泵浦Nd∶YLF激光放大器的实验研究,采用LD阵列紧密围绕棒状Nd∶YLF直接泵浦,这种结构不但提高泵浦光利用率,而且具有很好的泵浦均匀性。该激光放大器的口径为3mm,在1053nm小信号增益为2.84。     

Nd:YLF激光放大器实验研究

描述了LD阵列侧面泵浦Nd：YLF激光放大器的实验研究，采用LD阵列紧密围绕棒状Nd：YLF直接泵浦，这种结构不但提高泵浦光利用率，而且具有很好的泵浦均匀性。该激光放大器的口径为φ3mm，在1053nm小信号增益为2．84。     

磷酸盐激光玻璃非激活吸收系数测量研究

介绍了高功率激光放大器系统中磷酸盐激光玻璃的静态透过率测量。在正常运行条件下,4片长按布儒斯特角放置的国产N31钕玻璃片对1.054um的激光波长平均静态透过率为94.5%,介质的损耗系数为0.294%cm-1,平均非激活吸收系数为0.146%cm-1。在此基础上对片状放大器的增益系数的测量结果进行了修正,获得了5.25%cm-1的小信号增益系数。     

CuO,CuCl对P2O5-ZnO-Na2O玻璃性质的影响

包边技术是提高大尺寸激光玻璃饱和增益系数的关键.为获得优质包边玻璃,以CuO和CuCl分别作为Cu2 的引入物质,采用传统的玻璃熔制方法,研究了Cu2 掺杂量和不同引入物质对P2O5-ZnO-Na2O体系玻璃形成区、析晶稳定性、物化性能以及吸收系数的影响.研究结果表明,CuO和CuCl都能增大P2O5-ZnO-Na2O体系的玻璃形成区、提高玻璃样品的析晶稳定性.玻璃样品的吸收系数随Cu2 掺杂浓度的增加而明显增大,当Cu2 掺杂摩尔分数达到6%时,样品在1053 nm处的吸收系数为59.46 cm-1,基本上达到了饱和状态.     

二极管泵浦Nd:MgO:LiNbO_3激光器

一、晶体特性与激光器件 Nd:MgO:LiNbO_3(NMLN)晶体采用熔体提拉法沿(?)轴生长,Nd的浓度为3.45×10~(19)/cm~3。实验测得对σ-偏振光,在809nm处有一吸收峰,除去表面反射后,吸收系数为1.03cm~(-1);π-偏振光的吸收峰位于815nm,吸收系数为1.14cm~(-1)。使用19.5mm长的样品,测得在激光波长处的损耗系数为0.6％cm~(-1)(1.085μm),0.5％cm~(-1)(1.093μm),与较好质量的Nd:YAG相当。     

大口径波片空间相位延迟量误差研究

波片相位延迟量的常用检测方法只是针对激光光束直径(2 mm左右)的光束测出的平均值,对于大口径波片空间相位延迟量的检测,本文提出基于菲索干涉仪的检测方法,建立了波片的空间相位延迟量误差与干涉图样之间的理论数学模型,理论分析了影响相位延迟量误差主要因素有:光源的光谱宽度、石英晶体的空间折射率分布以及波片的面形误差；利用MATLAB程序编程,进行了数值计算,若要求波片的相位延迟量总误差小于一般波片测试误差1°,则光源的光谱宽度应小于0.2 nm,石英晶体的空间折射率分布误差应小于0.005,面形误差应小于200 nm；实验室搭建菲索干涉仪,选取了口径25.4 mm的石英波片进行测试,测试效果良好,测量精度为0.05°。