组合式钕玻璃片状激光放大器增益性能的动态模拟

用随时间变化的氙灯辐射光谱模型,建立了组合式钕玻璃片状激光放大器动态增益特性的模拟程序,实现了从氙灯放电到引出激光的全过程动态模拟,可用于片状激光放大器的优化设计.研究了:1)放大器在不同的抽运条件下水平方向的增益均匀性,当氙灯爆炸系数比较高时,自发辐射放大优先使片的边缘产生消抽运作用,增益分布变得不均匀,通光口径的中央处增益较大;2)片厚度和掺杂浓度对增益性能的影响,在相同的抽运条件下,储能通量由片厚度与掺杂浓度的乘积决定,给出了储能通量和小信号增益随片厚度与掺杂浓度的乘积的变化关系 关键词： 钕玻璃激光放大器 储能密度 增益特性     

终态寿命对钕玻璃激光放大器的影响

本文用电子计算机模拟研究了终态寿命对钕玻璃激光放大器的影响。结果表明,对于一个φ20×480mm的钕玻璃激光放大器,当钕玻璃的终态寿命从100ns减小至1ns时,它对脉宽为20ns、能量密度为2.0J/cm²的输入脉冲的影响表现在:增益增加～20％;脉冲峰位畸变减小～20％;以及放大器的饱和长度减小～30％。 关键词：     

片状放大器热恢复研究

 给出了神光III主放大器单元4×2×3片状放大器的热恢复研究。利用集总热容模型研究了氙灯、隔板玻璃、钕玻璃片的热恢复过程,并利用三维瞬态热传输有限元模型对钕玻璃片的三维空间温度随时间的变化过程作了详细的分析。初步的研究结果表明,通过优化的冷却方案,可以在装置预定的运行周期内将激光工作介质钕玻璃片内的温度梯度和总体平均温度冷却到可以接受的水平。     

钕玻璃片状放大器玻璃腔的概念设计

针对片状放大器片腔的洁净度问题,提出一种钕玻璃片状放大器玻璃腔的设计方案.选用滤紫外石英玻璃作为主框架的材料,对玻璃腔的结构和密封方案进行设计,并利用玻璃腔外表面镀金属材料的方式进行遮光.采用神光Ⅱ升级主放和100片状放大器进行不同腔体的洁净度对比试验,结果表明玻璃腔的洁净度较不锈钢腔提高了近70%.运用光学高级系统分析程序对玻璃腔进行光线追迹,其钕玻璃泵浦比例提高了8.84%.该方案不仅能减少腔内气溶胶的产生,还能提高钕玻璃泵浦比例.     

激光二极管抽运氦气冷却钕玻璃叠片激光放大器热致波前畸变和应力双折射的数值模拟和实验研究

热效应仍是限制激光放大器向高功率、高光束质量进一步发展的瓶颈问题, 高效的热管理是抑制热效应的重要技术途径. 研究了基于激光二极管抽运氦气冷却的钕玻璃叠片激光放大器的热效应. 利用有限元数值模拟的方法, 分析了钕玻璃的温度、应力应变和应力双折射分布, 并计算了热致波前畸变和退偏损耗, 与实验结果符合得较好, 在热沉积为0.7 W/cm³的条件下, 6片钕玻璃总的热致波前畸变为6.77λ , 最大退偏量大于90%.     

用光学参量啁啾脉冲放大技术产生TW级激光脉冲系统的最优化设计

用数值模拟的方法,给出了一种适合以纳秒级的高功率钕玻璃激光系统为抽运源的光学参量啁啾脉冲放大(OPCPA)系统的最优化设计.该系统主要由一级LBO预放大器和一级LBO主放大器组成.数值模拟结果表明该系统能够把纳焦级能量的飞秒脉冲放大到焦级,从而产生几十个太瓦(1012W)的脉冲输出.这一结果为进一步利用OPCPA技术放大飞秒脉冲产生拍瓦(1015W)的超短超强激光脉冲输出奠定了基础,从而为强场科学研究提供崭新的技术手段.     

不同宽带脉冲在钕玻璃放大器中的幅频效应

宽带脉冲在钕玻璃放大器中传输时,由于受到增益窄化和增益饱和效应的影响,脉冲频谱将受到调制,从而产生边带丢失或者频谱两侧失衡,进而导致脉冲时间波形产生调制。针对不同的宽带光源模型,数值模拟了放大器输出波形的幅度调制,分析了增益带宽、输入脉冲带宽及增益曲线中心波长相对输入脉冲中心波长的偏差等因素对输出脉冲调制度的影响。结果表明:不同的宽带光源脉冲经过钕玻璃放大器后,均会产生不同程度的幅度调制;啁啾堆积脉冲比正弦相位调制脉冲产生的幅度调制小。     

液晶空间光调制器光谱整形的理论研究

 将液晶空间光调制器用于超高斯种子脉冲光谱整形,重点分析了调制器参数对压缩脉冲信噪比的影响,以此为依据对其结构参数进行优化设计,以降低其影响。对整形、放大及压缩过程的理论模拟表明:应用液晶空间光调制器进行光谱整形时,能够有效克服钕玻璃啁啾脉冲放大系统的非线性效应,在放大器输出端保持原始光谱宽度,但液晶空间光调制器对光谱的调制作用使压缩脉冲信噪比降低。     

钕玻璃啁啾脉冲放大器产生百焦耳亚皮秒脉冲

以钕玻璃为增益介质研制了高能啁啾脉冲激光放大器系统,实验演示输出啁啾脉冲能量在百焦耳量级时,光谱宽度保持在4—6 nm.最大能量168 J,相应谱宽5.5 nm,中心波长1054 nm.压缩脉冲宽度最短710 fs. 关键词： 啁啾脉冲放大 钕玻璃 高能拍瓦     

LD抽运钕玻璃薄片放大器热管理结构

基于传热学基本理论,借助有限元分析方法,对LD端面抽运钕玻璃薄片激光放大器激光介质的瞬态热效应进行数值模拟.通过对不同边界条件下钕玻璃薄片内部温度场及应力场的分析,研究了LD端面抽运钕玻璃薄片的热效应特性,并对比了不同热管理方案下钕玻璃薄片的温度分布.结果表明:采用白宝石窗口结合外围热沉TEC制冷的冷却方案最佳.此种冷却方案下钕玻璃薄片内最高温度在非抽运面中心处,约120℃.虽然比直接对抽运面水冷方式的冷却效果稍差,但是可以避免抽运面直接水冷所引起的一些问题.相关研究结果也表明,由于钕玻璃热阻较大,即使加强径向散热,抽运区的热量仍然难以从径向疏散,对热管理方案进行优化时应该考虑从尺寸较小的轴向进行散热.     

氙灯泵浦钕玻璃放大器储能效率研究北大核心CSCD

按照激光放大器能量传输和转化过程,利用激光速率方程和氙灯辐射方程、光线追迹软件等理论方法和分析计算工具,对氙灯泵浦钕玻璃激光放大器进行储能效率和能量转换环节的理论分析以及定量、半定量计算,系统分析各种能量转化与损耗因素对放大器储能效率的影响。理论研究的成果与放大器实验考核的结果相一致。     

用光学参量啁啾脉冲放大技术产生TW级激光脉冲系统的最优化设计

用数值模拟的方法,给出了一种适合以纳秒级的高功率钕玻璃激光系统为抽运源的光学参量啁啾脉冲放大(OPCPA)系统的最优化设计.该系统主要由一级LBO预放大器和一级LBO主放大器组成.数值模拟结果表明该系统能够把纳焦级能量的飞秒脉冲放大到焦级,从而产生几十个太瓦(10¹²W)的脉冲输出.这一结果为进一步利用OPCPA技术放大飞秒脉冲产生拍瓦(10¹⁵W)的超短超强激光脉冲输出奠定了基础,从而为强场科学研究提供崭新的技术手段.     

多段阵列式钕玻璃放大器泵浦腔的光线追迹分析

采用光线追迹和蒙特卡罗法以及实验拟合数据，建立了多段钕玻璃放大器闪光灯泵浦腔的数值计算模型，模拟结果表明，光传输效率，储能密度分布和泵浦均匀性与泵浦腔几何形成有关，提出了一种新泵浦腔构形，它具有效率高，均匀性好和造价不很优点，本文所得结果对大尺寸多段阵列式钕玻璃的大器的设计有参考价值。     

钕玻璃片状激光放大器自发辐射放大特性的研究

编制了一套用蒙特卡罗方法计算钕玻璃片状放大器内自发辐射放大(ASE)的模拟计算程序,考虑了光线在两大表面不同入射角对反射率的影响.计算了包边吸收的ASE能量沿周边的分布,以便于对放大器热畸变特性的研究;以及片的横向尺寸对储能密度的影响. 关键词：     

高功率激光放大器反激光能流分布的模拟

从Frantz-Nodvik模型出发,采用包含弛豫作用的速率方程组,将放大器对反激光的放大当作多程放大处理,模拟计算了光路中反激光的能流分布。光路为钕玻璃放大系统,激光脉宽1.0 ns,输出能量2.5kJ。放大器剩余增益的较大差异导致光路中各个元件反激光能流密度分布显著不同。与使用1级φ70 mm棒状放大器相比,采用2级φ70 mm棒状放大器时反激光能流相对集中,具有潜在的破坏危险。     

小型化行波管放大器热仿真分析及优化设计

介绍了小型化行波管放大器的热仿真分析和优化设计方法。首先对行波管放大器的热损耗进行了分析,然后依据热力学相关理论,基于Ansys Icepak软件,对行波管放大器进行了建模和仿真分析。针对小型化行波管放大器的特点,分别进行了水冷板的热优化设计和慢波结构的热优化设计,在此基础上进行了水冷板和慢波结构的综合优化设计。最后进行了实验验证,实验结果与仿真结果相符,行波管放大器无论是整体温度还是局部温度分布特性,均得到了明显改善。     

组合式片状激光放大器钕玻璃片参数的优化设计

 运用随时间变化的氙灯辐射光谱模型,建立了组合式钕玻璃片状激光放大器动态增益特性的模拟程序,实现了从氙灯放电到引出激光的全过程动态模拟。研究了钕玻璃片的两个重要参数厚度和掺杂浓度对增益性能的影响。在相同的泵浦强度下,储能通量由片厚度与掺杂浓度的乘积N₀D决定,在N₀D相同时得到相同的小信号增益。当N₀D比较小时,N₀D增加1倍时储能通量增加1.25倍,相应的单片放大器增益提高5.5%,对于7片长的放大器链,总的小信号增益将提高45%;当N₀D比较大时,储能通量趋于饱和。     

钕玻璃宽带激光放大能量提取效率研究

基于钕玻璃宽带脉冲激光放大模型,采用数值模拟的方法,研究了钕玻璃放大器对不同输入光通量、不同脉宽以及不同带宽(或波长分布)脉冲激光放大的能量提取效率。计算结果表明,钕玻璃宽带放大能量提取效率随着输入光通量的增加而提高,并最终趋于某一定值。对于以均匀加宽为主的介质,随着带宽的增加,能量提取效率逐渐下降;对于以非均匀加宽为主的介质,随着带宽的增加,能量提取效率先逐渐升高,达到最大值后开始下降。对于均匀加宽与非均匀加宽线宽比为0.1的混合加宽介质,在饱和通量输入条件下,使用宽带激光能够带来大约80%的效率提升。     

考虑钕玻璃放大器增益特性的光谱色散匀滑系统性能研究

采用数值方法研究了钕玻璃放大器的增益特性对高功率激光系统中光谱色散匀滑单元性能的影响.分析结果表明,入射光中心波长与放大器增益曲线中心波长不一致时,焦斑强度分布会受到一定的影响,且该影响随放大倍数增大趋于明显,而两个波长一致时,强度分布变化较小.靶面焦斑整体的辐照均匀性则主要取决于经过相位调制后的激光束的带宽,放大器的增益特性对其空间功率谱及均匀性无明显的影响.所得结论为光谱色散匀滑单元在激光系统中的实际应用提供了重要的理论参考.     

用于补偿增益窄化效应的Rugate滤波器设计

采用Rugate膜系理论,分别根据钛宝石和钕玻璃介质增益窄化的特点,合理选择补偿增益窄化的调制函数,优化设计出了分别用于补偿钛宝石系统和钕玻璃系统增益窄化效应的Rugate滤波器.由普通均匀多层膜的特征矩阵方法近似分析了设计出的Rugate滤波器的光谱响应,数值模拟了Rugate滤波器的光谱补偿效果.结果显示,能比较好的符合光谱补偿的要求,可以用作补偿增益窄化效应的光谱调制滤波器. 关键词： 超短脉冲 增益窄化 光谱补偿 Rugate滤波器