20TW超短脉冲激光装置的研制

 介绍了基于啁啾脉冲放大技术的20TW全钛宝石超短脉冲激光装置的研制。该装置的主放大器采用全像传递的空间四程放大构型，可以保持良好的近场分布和提高能量转换效率。主放大器的钛宝石晶体为30mm×15mm，6台调Q倍频的YAG激光器泵浦。压缩后脉宽50fs，能量1J，峰值功率可达20TW，聚焦功率大于3×10¹⁸W/cm²。     

高功率激光装置输出光束相对光谱功率测量方法

针对SILEX-I超短超强脉冲激光装置输出光束光谱分布的精密测量问题,采用脉冲激光相对光谱功率来评价光谱分布,以溴钨灯为标准光源开展相对光谱功率测量方法的研究,获得相对光谱功率的理论计算公式。以SP2760光栅光谱仪作为光谱测量设备在SILEX-I激光装置上进行了光谱分布测量的验证实验,并给出了不确定度评定,获得了扩展相对不确定度1.7%的测量精度。测量结果显示,相对光谱功率分布与光栅光谱仪的原始光谱响应值分布具有显著的差异,可以更加准确地反映输出脉冲的光谱分布。     

SILEX-I装置上激光-团簇聚变实验中子产额测量

 超短超强脉冲激光与CD4团簇相互作用可以产生高能量的氘离子,从而产生DD聚变中子,这种团簇聚变中子源有着非常广阔的应用前景。在SILEX-I 100 TW飞秒激光装置上,超短超强脉冲激光与CD₄团簇相互作用实现了DD核聚变。团簇聚变的中子产额是实验中最为重要的物理量,在实验中采用高灵敏的中子探测器对团簇聚变产生的中子进行了测量,在现有实验条件下测得中子产额为10³。     

基于交叉偏振波产生的脉冲净化技术研究与应用

本文利用交叉偏振波产生技术(XPW)对800 nm波段钛宝石飞秒激光器输出的激光脉冲进行时域净化, 提高脉冲时域对比度, 并测量验证了10¹¹对比度的脉冲, 达到测量仪器的动态范围极限, 比初始脉冲时域对比度有三个量级的提高, XPW的效率为22%. 同时发现净化后脉冲光谱宽度也得到一定展宽, 进一步利用啁啾镜对和补偿片对净化后的脉冲进行色散补偿, 得到25 fs脉宽的脉冲. 利用该净化后的激光脉冲作为种子注入已有的太瓦级钛宝石啁啾脉冲放大系统中, 在输出脉冲能量250 mJ, 宽度50 fs, 对应峰值功率5 TW的情况下, 在主脉冲前100 ps以外的范围内测量验证了10¹¹的脉冲对比度.     

高功率超宽带脉冲辐射实验装置研制

 研制了高功率超宽带脉冲辐射实验装置。该装置主要由脉冲充电电源、超宽带脉冲产生装置、超宽带脉冲发射天线三部分组成。达到的主要指标为：脉冲电源输出电压600 kV、重复频率100 Hz；脉冲压缩输出峰值功率约10 GW、脉宽1.2 ns；在辐射天线轴上220 m处，辐射峰值电场16.1 kV/m、等效辐射功率0.42×10¹² W；辐射场E面方向图半功率宽度为8°，H面方向图半功率宽度为9°。     

超短超强激光与固体靶相互作用中发射质子的截止能量估算

 根据超短超强激光与固体靶相互作用中质子靶前表面加速和靶后表面加速两种机制,对在SILEX-I激光器上进行的质子加速实验中获得的质子最大截止能量进行了估算,认为实验中质子产生的主要机制是靶后表面加速。同时结果表明：对该装置的实验条件,靶前表面加速机制可以产生质子的最大能量约为2 MeV;靶后表面加速机制可以产生的质子的最大能量约11 MeV。另外用Multi2005程序计算了激光器信噪比对靶后表面加速机制的影响。计算表明：SILEX-I激光器信噪比达到108∶1时,预脉冲对用5 μm靶时鞘层加速电场的影响可以忽略。     

“天光一号”平滑化角多路系统的建立

 采用诱导空间非相干（FEISI）的平滑方法结合传递傅里叶面的技术，建立了一套平滑化六束角多路系统。该系统输出总能量158 J，能量稳定度约4％，输出脉冲宽度25 ns，靶面有效焦斑直径400 μm，焦斑均匀性1.6％，激光功率密度3.7×10¹² W/cm²。     

百太瓦级超短超强钛宝石激光装置

100TW级激光装置采用了全钛宝石的啁啾脉冲放大技术路线，可以输出3个不同功率段，以适应不同物理实验需求。前端系统是一个台面TW量级系统，主要包括钛宝石自锁模飞秒振荡器、Offner无像差展宽器、再生放大器、预放大器及主放大器。从前端系统主放输出的脉冲能量高达300mJ。为了克服再生放大器中的增益窄化效应及预补偿放大过程中引入的光谱振幅和位相畸变，在飞秒振荡器后应用一个可编程的声光色散滤波器（AOPDF）。AOPDF可以对脉冲光谱的振幅和位相进行主动的调制，补偿增益窄化效应及高阶色散引起的位相畸变。没有应用AOPDF进行预调制，则再生放大器输出的光谱宽度为25nm；当应用AOPDF进行适当调制后，再生放大输出的光谱宽度为40nm，因而最后的压缩脉冲可以获得更窄的压缩脉宽。     

基于受激布里渊散射能量转移的冲击点火激光技术研究

提出一种新型的激光放大技术, 高效地实现冲击点火所需的10² ps级高功率激光脉冲. 该技术耦合了传统的激光驱动器放大技术和受激布里渊散射(SBS) 脉冲压缩技术, 在不改变现有激光装置主体结构的前提下, 使用长脉冲(数 ns) 充分提取主放大器储能, 然后在系统输出端通过SBS进行脉冲自抽运的能量转移, 将长脉冲能量转移给10² ps级的冲击脉冲, 实现高效放大的目的. 该技术在主动控制下实现能量转移, 将克服传统SBS压缩时间特性不可控的缺点, 输出满足冲击点火时域特性要求的精密控制激光脉冲.     

20TW超短脉冲激光装置的研制

过去的几年里，超高峰值功率的激光技术得到了迅速发展，聚焦功率密度可达到1020W／cm^2世界上建成或在建100TW级以上的激光装置。本文介绍的20TW激光装置，是正在研制的100TW装置的中间放大级。     

基于大基模体积的10mJ飞秒钛宝石激光再生放大器

文章报导了基于大基模体积的高能量飞秒钛宝石激光再生放大器的设计与实验研究,在重复频率10 Hz、抽运能量60 mJ的激励下,得到了单脉冲能量17.4 mJ的种子脉冲放大结果,压缩后的脉冲宽度为40.6 fs,能量为13.9 mJ.借助于此大基模体积再生腔,仅增加一级多通放大,实现了峰值功率达1.9 TW飞秒激光脉冲输出.结果表明,大模体积再生放大不仅降低了后续放大对抽运能量的要求,也可以单独压缩实现再生腔直接输出10 mJ量级的飞秒激光脉冲,是大能量高峰值功率飞秒激光系统的优质前端.     

TW级Ti：Al2O3飞秒激光放大器

报道ＴＷ（１０＾１２Ｗ）级Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３飞秒激光放大器的研究，采用Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３自锁模激光振荡器和脉冲啁啾放大技术，获得了能量为８４ｍＪ，脉宽为７５ｆｓ的放大光脉冲，峰值功率达到ＴＷ量级。     

1 kHz-0.1 TW高效率钛宝石激光放大器

介绍了一种高重复频率掺钛蓝宝石飞秒激光多通高效率放大系统.在抽运功率为23 W，入射功率为660 mW时，获得7.2 W的放大输出，放大效率达30%.经压缩器压缩后，获得单脉冲能量4.5 mJ,脉冲宽度为 38 fs，重复频率为1 kHz，峰值功率大于0.1 TW的超短超强激光脉冲. 关键词： 飞秒脉冲 高重复频率 啁啾脉冲放大     

Beam quality improvement and focused peak intensity measurement of an intense femtosecond Ti:sapphire laser system

Micro-lens arrays were adopted to homogenize the beam profile of 532-nm pumping laser for the main amplifier of an intense femtosecond, chirped pulse amplification (CPA) Ti:sapphire laser. Experimental measurements showed a great improvement of the near-field pattern of the CPA beam after the main amplifier and the size of the focal spot was improved from 2.7 times diffraction limitation (DL) to 1.6 DL.The spot size focused by an f/4 off-axis parabola (OAP) in the target chamber was measured to be 5.8μm (full-width at half-maximum (FWHM)), and a peak intensity of 2.6 × 1020 W/cm2 was obtained at the output power of 120 TW. Peak intensity exceeding 1021 W/cm2 or even 1022 W/cm2 can be expected with smaller f-number focusing configuration and wavefront correction.     

SILEX-I: 300-TW Ti:sapphire laser

Based on chirped pulse amplification technology, we have built a Ti:sapphire laser system, called SILEX-I (superintense laser for experiments on extremes), at CAEP, which consists of three stages with 5-, 30-, and 300-TW outputs, respectively. The first and the second stages work at 10 Hz, while the third works at single shot. Pulse durations of 30 fs have been obtained by installing an acousto-optic programmable dispersive filter (AOPDF) to compensate for the spectral gain narrowing in the regen. By taking a number of advanced measures for spatial beam control, such as spatial beam shaping, relay-imaged propagation, precise alignment of compressor gratings, and OAP, near-diffraction limited focal spots (FWHM) have been obtained. Focused intensities are calculated at (1–3) × 10²⁰ W/cm² with an f/2.2 OAP.SILEX-I has shown an excellent stability and reliability in operations for applications since its completion and will soon be able to operate at 500 TW.     

5 TW/40 fs级台式钛宝石激光系统研究

在TSA-25系统输出35 mJ,800 nm啁啾脉冲的基础上,建立了以钛宝石作为增益介质的二级啁啾脉冲放大(CPA)系统。使用0.6 J和1.6 J,532 nm,10 Hz Nd∶YAG激光抽运,输出脉冲能量达到500 mJ,经压缩脉冲宽度为41 fs,压缩器的能量转换效率为63%,峰值功率可达7.6 TW。通过对放大器系统的钛宝石晶体、抽运密度以及多通结构通道数的选择等实验,有效地提高了能量放大器的萃取效率。其主放大器能量萃取效率达到32%,整个系统占用尺寸不到10 m2。     

天光一号打靶聚焦系统的研制

 介绍了在天光一号MOPA光学角多路系统中，将6束KrF准分子激光引入靶室的方法以及聚焦系统的研制。用紫外CCD相机测得6束激光聚到平面靶上的焦斑直径为290μm，靶上的功率密度达到8×10¹² W/cm²。     

飞秒激光脉冲的高效率放大研究

 介绍了采用多通放大的飞秒脉冲掺钛蓝宝石激光放大系统,分析讨论了提高放大效率及缩短脉冲宽度的技术方法。在仅用能量290mJ的倍频Nd:YAG激光泵浦下,得到了输出峰值功率大于1.4TW、脉宽25fs、重复频率10Hz的超短超强激光脉冲。     

Sub-10-fs, terawatt-scale Ti:sapphire laser system

A three-stage, 1-kHz amplifier system delivering pulses shorter than 10 fs with a peak power in excess of 0.3 TW is reported. Passive and active spectral intensity and phase control allows the preservation of a bandwidth of 120 nm (FWHM) to as high as multimillijoule energy levels and temporal compression of the broadband pulses close to their Fourier limit. The system is scalable to peak powers well beyond 1 TW and holds promise for substantially advancing the state of the art of coherent laboratory soft-x-ray sources.     

Multiterawatt laser system based on optical parametric chirped pulse amplification

A compact multiterawatt laser system based on optical parametric chirped pulse amplification is demonstrated. Chirped pulses are amplified from 20 pJ to 900 mJ by two lithium triborate optical parametric preamplifiers and a final KDP optical parametric power amplifier with a pump energy of 5 J at 532 nm from Nd:YAG-Nd:glass hybrid amplifiers. After compression, we obtained a final output of 570-mJ-155-fs pulses with a peak power of 3.67 TW, which is the highest output power from an optical parametric chirped pulse amplification laser, to the best of our knowledge.