被动式探针光系统工程化改造研究

星光Ⅱ激光装置上建立的紫外探针光系统,用星光Ⅱ的子束作为抽运光源,通过倍频和受激喇曼散射,将波长为1054nm、脉宽约为800ps的激光转换成波长为308nm、脉宽约为60ps、能量为1mJ左右的紫外光,作为激光等离子体诊断的光源。原有探针光系统由于受系统结构不稳定及光束质量较差等因素的影响,不能稳定运行。为了提高系统的运行质量和稳定性,对原系统进行了工程化的改造。通过实验验证,探针光系统输出能量能够达到1mJ左右、脉宽约为30ps、均匀性较好、运行成功率大于90%,这一结论满足了激光等离子体诊断光源的要求。     

神光Ⅱ激光装置研制

神光Ⅱ大型固体高功率激光装置是我国激光驱动器发展历史的里程碑,其成功研制使我国高功率固体激光工程与技术、聚变物理与基础物理研究实现了全面且本质的跨越式发展。简要概述了神光Ⅱ激光装置研制中创新发展的大量工程方案与技术手段,举例介绍了神光Ⅱ激光装置在近20年来的高质量运行中取得的众多有国际影响力的研究成果。经多方支持和多年持续发展,已经形成数万焦耳级纳秒激光装置、皮秒拍瓦以及飞秒拍瓦激光装置等,这些装置是我国惯性约束核聚变、强场物理、高能量密度物理等研究领域中重要的物理实验核心平台之一。     

神光装置φ200mm口径KDP晶体高功率倍频激光系统

报道了φ２００ｍｍ口径ＫＤＰ晶体高功率倍频激光系统的研制结果，并实现了神光装置信频激光打靶。五十枪次全口径打靶实验表明，倍频激光系统性能稳定。实验中，当入射基频激光强度大于１．５ＧＷ／ｃｍ２，倍频器的外部转换效率保持在６０％以上。最大入射基频激光能量为３５７．８Ｊ时，输出倍频激光能量为２２３．４Ｊ，倍频转换效率为６５．６％。     

高功率激光可以引发核裂变

卢瑟福·阿普尔顿实验室科学家已证实,现有的高功率激光器可在核与等离子体物理研究中代替核加速器。一般实验进行的同时,他们使用太瓦激光产生等离子体感生g射线,它具有足够的能量引发核裂变。里弗莫尔实验室的另一研究组则以拍瓦激光获得核裂变。虽然两者的研究有所不同,但均证实有可能产生激光感生核裂变。英国的实验使用了卢瑟福的“火神”激光器,输出波长1054nm,纳秒脉宽,能量2.6kJ,功率高于100TW。使用啁啾脉冲放大产生1ps脉冲,每个脉冲的能量为40~80J。每30分钟发射一个脉冲,每周可发射25~30个脉冲。两家的工作相似,结论也相同。里…     

高峰值功率皮秒超短脉冲抽运KTP晶体倍频研究

脉冲光纤激光器具有输出光束质量好、峰值功率高等优势,易于激发晶体内部的非线性效应。晶体非线性效应能够将光纤激光的近红外输出波段变换至深紫外或中红外等波段。利用实验室自主搭建的中心波长为1064nm,脉宽为650ps的脉冲光纤激光器抽运KTP(磷酸钛氧钾)晶体,实现了高功率超短脉冲对1064nm激光的单程倍频,输出532 nm激光。将脉冲宽度由650 ps压缩至1 ps后,抽运激光的峰值功率密度达到24.97GW/cm2,有效地将单程倍频转换效率从0.8%提高到8.4%。研究了不同平均功率、脉宽、光斑直径的超短脉冲下KTP晶体的倍频效率,验证了未来在振荡腔结构下实现KTP晶体高效倍频的可行性。     

高强度三倍频实验研究

针对KDP晶体的TypeI+ TypeⅡ匹配方式的三倍频方案,采用理论模拟与实验研究相结合方式,从非线性耦合波方程组出发,编制了考虑衍射、离散、吸收和端面反射等物理因素的二维模拟计算程序.针对x、y方向均是六阶超高斯分布的入射基频光,功率密度在2～8 GW/cm2时,得到了TypeⅠ倍频晶体厚度11.8 mm、失谐角300 μrad,TypeⅡ混频晶体厚度9 mm、失谐角为0 μrad的优化参数,此时三倍频转换具有较大的动态范围和较高的效率. 在星光Ⅱ激光装置大厅建立了高强度三倍频实验研究平台,实验平台上基频光光束口径为Φ70 mm、功率密度为1～7 GW/cm2内可调、脉冲宽度约为0.8 ns.在实验平台上采用Φ100 mm能量卡计对基频光(1ω)、二倍频(2ω)和三倍频光(3ω)的能量进行测量,二、三倍频的外部转换效率可达60%以上;利用条纹相机对1ω光和3ω光的脉宽进行测量,脉宽变化基本为0.8 ns(1ω)和0.5 ns(3ω);采用512×512点阵的CCD对1ω光和3ω光的近场分布进行了对应测量,通过图像处理,得到描述光束质量的强度调制度和通量对比度值.基频光的远场发散角利用列阵相机进行监测,得到对应的1ω光光束发散角θ=0.3±0.06 mrad.在倍频晶体后5 m远处用哈特曼小孔阵列板测量基频光和三倍频光的波前分布,得其均方根(rms)分别为1.129 waves和0.425 waves.实验中,当入射基频光功率密度较高时,倍频晶体出现了明显的非线性自聚焦丝破坏现象.(OB11)     

同步抽运源光学参量啁啾脉冲放大飞秒激光系统

啁啾脉冲放大(CPA)技术已被广泛应用在几太瓦(TW)至1000 TW的许多高功率激光系统中.光学参量放大器有着宽的放大带宽,能支持短至几飞秒激光脉冲的无光谱畸变放大.近年来,一种基于光学参量啁啾脉冲放大(OPCPA)技术的飞秒激光系统,已被提出和成功演示.我们实验室正在建造几太瓦级的OPCPA激光系统,该系统要求一台纳秒级的激光装置作为OPCPA系统的抽运源.本文介绍我们已建成的台式高功率倍频Nd∶硅酸盐玻璃激光装置.其输出波长532 nm、脉宽0.5 ns、能量15 J,光束口径为40 mm. 这台Nd∶硅酸盐玻璃激光装置的种子源与OPCPA激光系统一样来自于同一台飞秒1064 nm激光振荡器,它是一台由13瓦的Ar离子激光抽运的自锁模掺钛蓝宝石激光器,产生120 fs、带宽10 nm的1064 nm脉冲列.脉冲列进入一个光栅展宽器,把激光脉冲宽度展宽到0.3 ns水平,然后分出一束作为OPCPA的种子源,另一束进入一台重复频率1 Hz的Nd∶硅酸盐玻璃再生放大器,将脉冲能量从0.5 nJ放大到几毫焦耳,脉冲宽度展宽到0.7 ns. 从再生放大器输出的激光脉冲进入Nd∶硅酸盐玻璃激光放大链进行放大,最后由KDP倍频晶体对输出的1064 nm激光倍频,获得0.5 ns、15 J的绿光.输出的绿光由光学系统导向光学参量放大器,给OPCPA系统的1064 nm的啁啾种子脉冲作同步抽运,同步精度可达数十飞秒量级.(PB6)     

主-被动对撞脉冲锁模Nd:YAG激光器

报道主-被动和纯被动对撞脉冲锁模Nd~(3+)∶YAG激光器的实验研究结果.主-被动锁模激光脉宽为15ps,激光输出序列脉冲能量起伏小于±2%.被动锁模激光脉宽为12ps,序列脉冲能量起伏小于±1O%.利用腔内插入标准具,获得脉宽在15～26ps间可变的锁模激光.实验还研究了非共振环形腔的激光偏振特性.     

高重复频率Nd:YAG倍频激光器的实验研究

本文报导了高重复频率Nd:YAG激光器倍频的实验装置,实验条件及其实验结果.激光器工作重复频率1-100次/秒可调,激光器工作在TEM_(00)模,基波输出能量150mJ,二次谐波单色绿光输出能量50mJ、激光束散角1mrad、激光波形半脉宽8mμS.Nd:YAG倍频激光器产生的高重复频率、高功率、单色绿光源,在医疗、半导体大规模集成电路的加工、水下高速摄影、水下通讯、水下测距、探潜、湖、江、海表     

波长可调的ps超短腔染料激光器的研究

本文报道了用锁模磷酸盐玻璃激光的倍频光泵浦若丹明B超短腔染料激光器的实验装置和实验结果,用TPF和OSA的组合装置研究了磷酸盐玻璃激光器的最佳运转条件,得到了脉宽～5ps的锁模脉冲系列,以此ps光源泵浦的染料激光器获得了波长为620.1～641.6nm,脉冲宽度小于4ps的单模可调谐激光输出。     

神光-Ⅲ原型装置多路激光近红外时间波形测量系统

为了解决大型高功率激光装置激光脉冲宽度窄、光束口径大、路束多,以及输出光束远场漂移量大等特点导致的激光脉冲时间波形难以准确测量的难题,研制了多路激光近红外时间波形测量系统.该系统使用光束匀滑进行光纤耦合取样的方法,采用时分复用的光纤传输技术,实现了神光-Ⅲ原型装置8路纳秒激光脉冲时间波形的测试.结果表明,通过对2008年度原型装置时间波形的测量数据分析,该测量系统的测量相对扩展不确定度小于2.5%,提高了系统的抗干扰能力和可靠性,同时也降低了激光装置参量诊断系统的建造成本.     

三倍频Nd∶YLF调Q激光模拟光源

基于高功率激光装置———“神光Ⅱ”中的三倍频模拟激光光源的需要 ,研制了一种三倍频Ｎｄ∶ＹＬＦ调Ｑ激光装置。该激光装置主要由振荡级、放大级、三次谐波发生器及抽运源组成。振荡级谐振腔的腔长为Ｌ =360ｍｍ ,由全反镜Ｍ2 和耦合输出镜Ｍ1 组成凹凸稳定腔运转方式 ,并由小孔光阑来选取基模高斯光束输出 ,这种设计可以较大地提取增益介质的能量 ;增益介质选用ｃ 轴的Ｎｄ∶ＹＬＦ晶体棒 ( 6ｍｍ× 80ｍｍ) ,其输出波长为1 0 53μｍ ,可以很好地与“神光Ⅱ”的主激光系统相匹配 ;采用饱和吸收体Ｃｒ4+∶ＹＡＧ晶体作为被动Ｑ开关 ,…     

脉宽1ms和10ns的激光损伤光学薄膜元件的比较分析

为了研究脉宽为毫秒量级的激光对光学薄膜的损伤,根据国际标准IS0-11254和国家标准GB/T-16601建立了光学薄膜损伤阈值测试装置.测量了脉宽1ms和10ns、波长1064nm激光作用下TiO2/SiO2增透膜的损伤阈值,观测了损伤形貌,测量了损伤厚度及损伤半径,分析了毫秒量级激光损伤光学薄膜的损伤机理并与纳秒激...     

用于倍频激光测量的能量计

本文叙述了用于倍频激光测量的能量计原理、结构。给出的工作参数满足神光装置中短波长、短脉冲激光能量测量的要求。能量计整机不确定度为±5％。     

神光-Ⅲ原型装置多路激光近红外时间波形测量系统

为了解决大型高功率激光装置激光脉冲宽度窄、光束口径大、路束多,以及输出光束远场漂移量大等特点导致的激光脉冲时间波形难以准确测量的难题,研制了多路激光近红外时间波形测量系统。该系统使用光束匀滑进行光纤耦合取样的方法,采用时分复用的光纤传输技术,实现了神光-Ⅲ原型装置8路纳秒激光脉冲时间波形的测试。结果表明,通过对2008年度原型装置时间波形的测量数据分析,该测量系统的测量相对扩展不确定度小于2.5%,提高了系统的抗干扰能力和可靠性,同时也降低了激光装置参量诊断系统的建造成本。     

双波长激光测距系统及精度的研究

本文介绍用毫微秒脉宽YAG激光器的基频光(1.064μm)和倍频光(0.532μm)进行双波长激光测距的研究结果。实验装置的测时精度优于22ps(r. m. s.),测距精度优于15cm。若将二倍频改为三倍频(0.355μm)或对输出的二波长激光的脉冲峰值相对抖动进行修正,则测距精度可达厘米级。     

1.3 μm高脉冲能量锁模皮秒再生放大器

报道了激光二极管抽运工作波长为1.3 μm的高能量皮秒再生放大器,种子源为重复频率65 MHz、平均输出功率140 mW的被动锁模皮秒激光振荡器。通过优化再生放大器,获得了重复频率为1 kHz、脉宽小于20 ps、单脉冲能量大于1 mJ的高脉冲能量皮秒脉冲激光,脉冲能量稳定性均方根值小于0.3%,其倍频光束671 nm的质量因子M2小于等于1.1,这表明再生放大器输出激光具有很好的光束质量。     

基于棱镜实现三倍频谐波分离

基于棱镜的色散特性,提出一种楔形窗口与聚焦透镜组合的方式,解决了高功率激光装置三倍频谐波分离所存在的问题,即三倍频的高通量传输和靶面辐照。结合“神光Ⅱ”装置多功能高能激光系统有关参数进行系统设计,确定了楔形窗口参数,并对其所引起的B积分和间距误差进行了分析。通过实验测试,三倍频传输通量由0.7～1J/cm2提高到2.8J/cm2,同时靶面三倍频和二倍频分离间距达到2.85mm,实现了高功率激光装置高通量传输的三倍频谐波分离。     

高功率激光装置中的三倍频Nd:YLF模拟激光系统

基于高功率激光装置 --"神光Ⅱ"中的三倍频模拟激光光源的需要,提出并研制了一套Nd:YLF调Q三倍频激光作为模拟光源,采用氙灯抽运,Cr4+:YAG被动调Q,KTP晶体与BBO晶体的组合三倍频,得到了Nd:YLF晶体的1.053 μm波段的三倍频0.3510 μm波长激光,满足了系统的需求.     

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。