高强度三次谐波转换对光束质量的影响

分别利用光强对比度和功率谱密度作为激光束的振幅调制和位相畸变的定量描述参量,研究了在高功率条件下,三次谐波转换过程对激光光束质量的影响,详细分析了基频光的光束质量与三倍频光光束质量的定量变化关系.     

PPKTP晶体半整体谐振腔倍频的397.5nm紫外激光输出

外腔谐振倍频是获得397.5 nm紫外激光的重要方法。搭建了基于周期极化的磷酸氧钛钾(PPKTP)晶体的半整体谐振腔,对经半导体锥型放大器放大的795 nm单频连续激光进行谐振倍频。在203 m W的795 nm基频光输入条件下,实现了60.4 m W的397.5 nm连续单频紫外激光输出,倍频转化效率为30%;在基频光功率约87.5 m W时,得到最大的倍频效率约为34.6%。倍频紫外光光束质量因子M2优于1.21,光束质量良好,30 min内典型的倍频光功率均方根起伏小于1.9%。该倍频器结构紧凑,具有很好的机械稳定性,可实现紫外激光的稳定输出,可用于产生对应铷原子跃迁线的压缩、纠缠态光场,在量子光学和精密测量等领域发挥重要作用。     

高功率激光驱动器中小尺度自聚焦和噪声模型

 建立了一套线性的近似分析方法，研究高功率激光驱动器中强激光传输的小尺度自聚焦效应和相位噪声对光束传输和光束质量的影响，给出了系统噪声强度、B积分值与光束近场调制对比度之间的定量关系。研究表明,为保证输出光束质量，即近场调制对比度小于给定值，系统内的噪声强度必须符合一定的谱分布。     

瓦级激光二极管端面抽运351nm紫外激光器

研制了输出功率达瓦级的351 nm准连续紫外激光器。激光器采用激光二极管(LD)端面抽运Nd∶YLF晶体和声光调Q技术,实现了1 053 nm准连续基波振荡。在结构简单的V型腔中,两块Li B3O5(LBO)晶体对基频光进行二倍频和三倍频,获得了高功率351 nm准连续紫外激光输出。在LD抽运功率为14 W、声光调Q激光器的调制频率为1 k Hz的工作条件下,得到351 nm紫外激光平均输出功率为1.12 W、脉冲宽度为34 ns、单脉冲能量为1.12 m J、峰值功率达32.94 k W。LD抽运光到351 nm紫外激光的光-光转换效率达到8%,电光效率为3.4%,光束质量良好。     

带有自适应光学系统的ICF装置光束传输程序

 以典型的惯性约束聚变（ICF）装置为基础,根据ICF中光传输、光放大和光倍频等原理,建立了一套含自适应光学校正系统的ICF仿真软件。通过比对国内外相应的文献和专业软件的光的线性传播、非线性传播、光的增益、光的倍频等来验证软件仿真的准确性和可靠性。给出了经自适应光学系统校正前后基频光的近场强度和相位分布,3倍频光的近、远场的光强分布,说明自适应光学在提高ICF装置输出光束质量中的作用。该软件的建立将为优化ICF系统中自适应光学的设计提供参考。     

神光-Ⅱ装置三倍频实验中靶场单元技术的改进

 主要介绍为了满足神光-Ⅱ高功率激光装置三倍频光（351nm，3ω）的物理实验要求，靶场三倍频模拟光源和瞄准监视系统两个主要单元技术的改进，即三倍频模拟光源由基频光（1 053nm，3ω）通过腔外的KTP+BBO晶体倍频获得，再经八路分光系统和主激光耦合；瞄准监视系统由透射式光学系统改进为反射式光学系统，避免原系统存在较大的色差，提高瞄准精度。     

基于角色散的非共线匹配宽带三倍频技术

宽带光打靶可以有效降低激光等离子体相互作用过程中非线性效应。提出一种基于角色散的非共线匹配宽带三倍频方案,利用宽带基频与窄带二倍频的非共线和频产生宽带三倍频,和频过程中通过特殊设计的渐变光栅实现不同频率的基频光束以特定角度入射,补偿了波长差异引入的位相失配使得全波段满足位相匹配条件。理论模拟表明,采用KDP晶体Ⅱ类位相匹配,将中心波长为1058 nm、带宽10 nm的宽带基频光与526.5 nm的二倍频光进行非共线匹配和频,可以实现高效宽带三倍频转换。     

全固态飞秒激光高光束质量三倍频研究(特邀)

对全固态飞秒激光三倍频产生高光束质量343 nm飞秒激光进行了系统研究。基频光源为脉冲宽度为105 fs、重复频率为76 MHz、中心波长为1 030 nm的商用Yb:KGW锁模激光器,利用1.7 mm长LBO晶体获得60%的二倍频转换效率,然后分别研究了基于BBO晶体Ⅱ类相位匹配和Ⅰ类相位匹配的三倍频产生。在基频光功率为5 W的条件下,利用Ⅱ类相位匹配的BBO晶体,获得的最大平均功率为0.71 W,三倍频转换效率约为14%;利用Ⅰ类相位匹配的BBO晶体,获得平均功率为1.01 W的紫外激光输出,三倍频转换效率为20.2%。获得的343 nm紫外激光的光束质量优于1.3。     

高功率激光系统中近场滤波设计与理论模拟

基于经典耦合波理论,分析了透射型体Bragg光栅的衍射特性,建立了透射型体Bragg光栅的设计体系。采用带有调制的超高斯光束,对高功率激光系统的近场滤波进行了理论模拟,采用软化因子、近场调制度、近场对比度分析了输出光束的近场质量,采用功率谱密度函数分析了近场滤波对不同空间频率的滤除能力。研究结果表明,近场滤波对0.3～2.0mm-1的中、高频调制具有显著的滤除作用。     

高功率半导体激光器倍频实现紫外光输出

采用中心波长780 nm、线宽0.13 nm的体布拉格光栅外腔半导体激光作为基频光,基于Ⅰ类相位匹配的三硼酸锂晶体(LBO),获得了中心波长为390 nm的倍频光输出,输出功率30 μW,转换效率0.01%,为高功率紫外光束的实现提供了新的技术路线。     

高强度三次谐波转换中位相扰动的变化

 以I/II类角度失谐三倍频方案为例，详细讨论了在高强度三次谐波转换过程中入射基频光的位相扰动和振幅调制对三倍频光位相扰动的影响，定量分析了基频光和三倍频光的位相扰动之间的变化关系。模拟结果表明，三倍频光的位相扰动幅度近似为基频光的三倍；入射基频光的位相分布对三倍频光的影响比振幅调制的影响更加明显，但是当入射功率密度较大时，基频光的振幅调制对三倍频光位相分布的影响明显增大。     

基频和三倍频Nd:YAG激光诱导熔石英损伤特性

 采用光电探测器和数字示波器检测散射光脉冲信号,研究了基频和三倍频Nd:YAG激光诱导熔石英损伤过程,给出了泵浦光和探针光的散射光光电信号;比较了基频和三倍频激光作用下熔石英烧蚀斑显微照片,并分析了其损伤机理。结果显示:在ns脉冲激光作用下,熔石英损伤均发生在泵浦激光脉冲峰值附近,且基频光作用下损伤开始时间点比三倍频作用下早;在多脉冲或高能量激光辐照下,检测到了等离子体闪光信号,等离子体闪光发生在时间延迟21 ns附近。基于Keldysh理论计算了基频光和三倍频光作用下,熔石英光致电离速率同激光强度的关系。     

神光Ⅲ强激光光束远场诊断系统光学设计

介绍了神光Ⅲ光束远场诊断系统的基本组成,光学系统的工作原理,主要论述了光学系统的设计指标、设计思想、设计结果及其像质评价.研究表明:利用离轴非球面反射镜能很好地实现强激光光束的取样、缩束和衰减.通过切换弯月形离轴非球面透镜可分别实现对基频、三倍频激光光束的远场诊断.     

PPLT倍频宽线宽掺镱双包层光纤放大激光

分别通过理论和实验研究了周期性极化的钽酸锂（PPLT）倍频宽线宽准连续掺镱双包层光纤放大激光.PPLT样品长为40 mm，极化周期为7.67 μm.基频光的中心波长为1064 nm，线宽约为6 nm.从基频光的光谱特性出发，利用超晶格倍频理论，解释了实验中获得的倍频温度与二次谐波功率之间的关系.在基频光的功率为2.2 W时，获得的宽线宽光纤激光倍频效率为1.8%.     

LF—11激光装置的高效率倍频系统

本文介绍了LF—11激光装置高效率倍频系统的原理和结构,阐述了实现高效率倍频的各种技术途径,给出了倍频的转换效率,晶体的调谐半宽度以及基频激光和倍频激光的远场发散角,近场分布和时间波形等实验结果,利用该系统进行了0.53μm波长激光的ICF实验。     

神光Ⅱ升级装置远场准直系统研究

用于实现光束调整的自动准直系统不仅是保证高功率激光装置高效、安全、可靠运行的关键子系统,同时也是保证光束近场和远场质量的关键要素之一. 通过巧妙的光栅制作和照明成像系统设计,实现了高精度、模块化的远场准直系统. 其特点在于利用光栅的衍射特性,实现了远场焦斑和基准的同时离轴取样. 此系统在神光Ⅱ升级装置预放系统的实验结果表明,其光栅基准的复位精度优于8 μm,准直过程中基准的抖动低于0.59 μm;准直完成后,焦斑中心和基准中心的最大偏差优于10 μm. 此系统在实现了高精度取样、准直的前提下,不仅降低了对 关键词： 激光技术 激光光学系统 空间滤波器     

光束取样光栅强激光近场调制及诱导损伤研究

光束取样光栅(BSG)是一种重要的用于光束取样诊断的衍射光学元件.在惯性约束聚变(ICF)终端光学系统中所使用的BSG,强激光产生的近场调制可能导致其自身的激光诱导损伤从而造成元件不能继续正常工作,为了对其在强激光条件下的正常运行提供分析的依据,采用傅里叶模式理论对BSG内部的近场调制特性进行了模拟计算.计算结果表明,BSG基片内部调制度较小,但仍然存在光强分布不均的情况,增加了这些位置产生激光诱导损伤的风险.另外,通过对BSG制作误差分析得出了其近场调制随各种制作误差的变化关系,结果表明BSG刻槽深度误 关键词： 光束取样光栅 激光诱导损伤 惯性约束聚变 傅里叶模式法     

激光惯性约束聚变驱动器终端光学系统中束匀滑器件前置的条件研究

对激光惯性约束聚变（ICF）驱动器终端光学系统中连续相位板（CPP）的位置优化进行了研究.根据高强度激光非线性及微扰传输理论计算了CPP前置时激光通过频率转换系统以后的近远场光束特性和系统的三倍频转换效率.研究发现,前置于基频光路的CPP对三倍频转换效率和出射光束特性均有影响,但只要远场圆形焦斑直径小于05 mm,三倍频转换效率的下降与出射光束通量对比度的上升均在容许范围之内,同时远场焦斑形态和能量集中度也符合设计要求.对于实现远场小焦斑匀滑的CPP前置于ICF的基频光路中进行光束匀滑和整形,不会对IC 关键词： 连续相位板 束匀滑元件 惯性约束聚变 光束通量对比度     

Ba1-xB2-y-zO4SixAlyGaz晶体和频可调谐深紫外飞秒激光器

介绍了一种基于新型非线性晶体Ba_1-xB_2-y-zO₄Si_xAl_yGa_z 的可调谐深紫外飞秒激光光源. 从理论上分析了基频光和倍频光在通过非线性晶体时所造成的空间走离和群速度失配, 为了补偿空间走离以及波长调谐过程中晶体折射造成的光束偏离现象, 将两块相同的倍频晶体成镜像放置来产生二次谐波. 并调节延迟线的长度来补偿基频光和倍频光之间的群速度失配, 从而提高和频转换效率. 然后通过和频方式进行三倍频和四倍频来突破晶体相位匹配条件的限制, 产生了波长低于200 nm的深紫外飞秒激光. 利用钛宝石激光器提供基频光光源, 最终在250–300 nm, 192.5–210 nm 范围内获得了高重频、可调谐超短脉冲紫外和深紫外激光. 并在基频光波长为800 nm时, 得到的二倍频、三倍频和四倍频的功率分别为1.28 W, 194 mW和5.8 mW, 相对于前一级的转换效率依次为46.14%, 15.16%和3%. 采用互相关法测量得到266.7 nm紫外激光的脉冲宽度约为640.4 fs.     

实现Nd:YAG光束匀滑的衍射光学器件的研制

 采用爬山-模拟退火混合优化算法与旋转镂空掩模板工艺,针对基频光与三倍频光,设计并加工出口径80mm的连续位相衍射光学器件。在脉冲工作的Nd：YAG激光器上,实验研究了器件的光束匀滑性能,获得了与设计尺寸相符合、边缘陡峭、但包含较大顶部调制的光斑。初步验证了衍射光学器件在固体激光器光束匀滑上的应用可行性。