光纤脉冲堆积器的模拟分析

介绍了用于惯性约束核聚变(ICF)前端系统的光纤脉冲堆积器的基本原理.该堆积器对种子脉冲分束、延时、调幅、合束，最后整形出任意形状的脉冲.通过数值模拟分析了种子脉冲形状、脉冲之间的时延和相位差以及光学滤波对脉冲堆积波形的影响.结果表明,增大脉冲的上升沿和下降沿，控制相邻脉冲之间的相位差在π/2，并对输出脉冲进行光学滤波后能够获得上升沿小于100 ps、脉冲顶部起伏小于5%、时间准确度为100 ps的整形脉冲. 国家863高技术计划资助项目     

脉冲堆积方式产生整形脉冲的逆问题

在利用光纤脉冲堆积器进行脉冲时间整形时,存在如何确定光纤脉冲堆积器各路的延时、衰减等参数以产生所需脉冲波形的问题.为此分非相干脉冲堆积和部分相干脉冲堆积两种情况,定量分析了堆积脉冲的特性.在此基础上,提出了一种逆算方法,使得在任意给定时间波形情况下,均可以通过该逆算方法,简单而准确地计算出光纤脉冲堆积器参数.研究结果表明,非相干堆积而成的脉冲波形较为平滑,而部分相干堆积而成的脉冲波形则存在一定的调制;按逆算结果堆积而成的脉冲波形与给定波形符合很好.     

啁啾脉冲堆积的宽带整形脉冲三倍频方案分析

针对啁啾脉冲堆积方法获得的宽带整形激光脉冲，采用KDP晶体Ⅰ／Ⅱ类角度失谐的三倍频方案，定量分析了影响其三倍频转换效率的主要因素，并对三倍频前后的时间波形及频谱分布进行了比较分析。在此基础上，与时间相位调制的宽带整形脉冲三倍频的相应结果进行了比较。研究结果表明，对于啁啾脉冲堆积方法获得的宽带整形激光脉冲，在实现较高的三倍频转换效率的同时，其时间波形和频谱分布基本保持不变。对于具有相同带宽和波形的时间位相调制整形脉冲，其三倍频转换效率明显低于啁啾脉冲堆积宽带整形脉冲。     

激光脉冲时域整形及其对发射度的改善效果

 利用脉冲堆积法对驱动激光脉冲进行了时域整形,并利用条纹相机测量到了理想的整形结果。在脉冲堆积法的基础上,给出了近似椭球体整形的方案。模拟结果表明：利用脉冲堆积法整形后得到激光脉冲驱动光阴极可以获得更小的发射度;对于测量到的半高全宽（FWHM）为3.82 ps的脉冲,8个子脉冲堆积比4个子脉冲堆积更为有利;此外,对激光脉冲作近似椭球体整形可以进一步降低束流发射度。     

整形高功率激光装置的任意电脉冲发生器设计(英文)

基于GaAs场效应管电压控制电流和开关的特性,设计了一种任意电脉冲发生器,并成功应用于激光脉冲整形装置。该电脉冲发生器利用超宽带窄脉冲触发多个GaAs场效应管,产生多路负脉冲,通过模拟延时线依次将各路负脉冲延迟一定时间后经微带线耦合输出多路负脉冲叠加的波形;通过多路不同幅度的脉冲堆积效应来获得形状任意可调的整形电脉冲。为了满足惯性约束聚变(ICF)实验中对电脉冲幅度不能过小的要求,在电路的输出端接入增益可调的超宽带电压放大器,使脉冲幅度达到实验要求。利用设计的任意电脉冲发生器实现了脉冲幅度0～5 V可调、脉宽0～10ns可调、时域调节精度为330 ps,整形方波脉冲下降沿为330 ps、上升沿为240 ps。实验结果表明,将产生的电脉冲注入光波导调制器,可获得理想形状的整形激光脉冲,提高激光脉冲的输出能量。     

整形高功率激光装置的任意电脉冲发生器设计

基于GaAs场效应管电压控制电流和开关的特性,设计了一种任意电脉冲发生器,并成功应用于激光脉冲整形装置。该电脉冲发生器利用超宽带窄脉冲触发多个GaAs场效应管,产生多路负脉冲,通过模拟延时线依次将各路负脉冲延迟一定时问后经微带线耦合输出多路负脉冲叠加的波形;通过多路不同幅度的脉冲堆积效应来获得形状任意可调的整形电脉冲。为了满足惯性约束聚变（ICF）实验中对电脉冲幅度不能过小的要求,在电路的输出端接入增益可调的超宽带电压放大器,使脉冲幅度达到实验要求。利用设计的任意电脉冲发生器实现了脉冲幅度0～5V可调、脉宽0—10ns可调、时域调节精度为330ps,整形方波脉冲下降沿为330ps、上升沿为240ps。实验结果表明,将产生的电脉冲注入光波导调制器,可获得理想形状的整形激光脉冲,提高激光脉冲的输出能量。     

脉冲堆积激光三倍频过程的逆问题

针对三倍频过程的逆问题,即如何在给定三倍频脉冲形状及三倍频系统参数的前提下,通过逆算得到输入基频光脉冲形状,并采用脉冲堆积法来获得所需的基频光脉冲,提出了相应的计算模型和方法.以分步傅里叶变换和四阶龙格-库塔法为基础,通过数值拟合等方法,建立了三倍频光强与输入基频光强之间的定量火系.以预期输出二三倍频光脉冲为具有特定形状的整形脉冲为例,通过逆算得到了相心的输入基频光脉冲波形.在此基础上,计算获得了脉冲堆积器的衰减系数、延时等控制参数.进而通过对基频光时间波形的整形,实现了所要求的三倍频激光脉冲输出.研究结果表明,该逆算方法具有原理简单、计算快速准确等优点,可为三倍频过程激光脉冲整形设汁提供参考.     

KrF激光脉冲整形研究

 实验研究了脉冲堆积法对KrF激光的整形能力。利用受激布里渊散射(SBS)压缩脉冲获得了脉宽为3~5 ns的短脉冲，用4束激光堆积获得了脉宽为10~15 ns、平顶宽度为5~10 ns的整形脉冲。利用实测SBS脉冲数据，对脉冲堆积法进行了数值模拟，模拟的脉冲宽度为12.7 ns，平顶宽度为7.7 ns，该结果与实验相符。对脉冲堆积法的任意整形能力进行了模拟，讨论了脉冲宽度变化对整形的影响，发现脉宽变化在5%以内时，对整形脉冲的影响较小。对整形脉冲的放大进行了定性研究，结果表明：平顶脉冲通过放大器后，前沿部分放大较多，由于饱和作用，后沿放大较少；如果前端整形脉冲前沿为斜坡状，放大后可以得到近平顶的脉冲。     

基于瞬态光栅频率分辨光学开关装置的阿秒延时相位控制

操控多路激光脉冲之间的相对延时（相对相位）对于亚周期相干合成技术意义重大.当周期量级脉冲之间的相对延时接近数十飞秒时，常见的飞秒脉冲测量手段已无法满足脉冲之间相对相位的精确调控需求.本文基于瞬态光栅频率分辨光学开关装置，精确反演出脉冲之间的相对相位.此方案不仅有助于直接产生亚周期（亚飞秒）脉冲，还可应用于时间隐身学和二维相干光谱学等相关领域.     

啁啾脉冲堆积用于光脉冲整形

报道了一种利用100 ps啁啾脉冲堆积产生2．2 ns任意整形脉冲的脉冲整形系统。采用掺Yb~(3 )光纤锁模振荡器得到稳定的锁模光脉冲序列,将该锁模脉冲通过啁啾光纤光栅展宽并通过1 nm带宽的高斯形光谱滤波器滤波,得到标准的100 ps高斯形啁啾脉冲序列,将此脉冲选单经过光纤延迟线组成的32路脉冲堆积器,得到了精度为32 bit的重复频率为1 Hz的2．2 ns任意整形光脉冲。研究了堆积脉冲的特性,分析了宽带啁啾堆积整形脉冲的光谱时间扫描特性对激光驱动惯性约束聚变打靶束匀滑的优化作用。实验测得了该系统输出的2．2 ns整形光脉冲具有小于50 ps的上升沿,与100 ps啁啾脉冲的时间抖动小于4 ps。     

小宽带堆积啁啾脉冲传输放大特性

 采用啁啾脉冲堆积的方法可获得ns量级宽带整形激光脉冲，对堆积啁啾脉冲时间波形的影响因素及传输放大后脉冲波形与光谱形状的特性进行了研究。结果表明：在传输过程中脉冲的演化规律与窄带脉冲的演化规律基本一致，而且传输放大过程也不会改变脉冲的调制结构，但光谱形状在传输放大过程中发生了变化，初步认为是由非线性效应造成的；小宽带堆积啁啾脉冲具有与窄带脉冲基本一致的的增益水平。     

新型激光装置前端系统激光时间脉冲整形技术

对惯性约束聚变实验而言,激光时间脉冲整形具有非常重要的意义。随着惯性约束聚变技术的不断发展,对终端脉冲的时间填充因子的要求越来越高,直接导致了对前端系统时间脉冲整形技术的要求也越来越高。为了满足惯性约束聚变实验对前端时间脉冲整形技术的要求,自行设计了“刀口器”装置。利用这一装置,并结合改进的时空变换脉冲整形技术,在“神光—Ⅱ”的升级装置上,实现了大功率激光装置上的激光时间脉冲整形,在终端得到了脉宽1．16ns、上升沿337ps、下降沿360ps、时间填充因子为81．2％的方波激光脉冲,满足了物理实验对前端系统激光时间脉冲整形的要求。同时,提出了进一步改进的措施,以满足今后物理实验的更高要求。     

ICF驱动器光纤前端系统偏振控制技术

 针对ICF驱动器对光纤前端系统输出光脉冲的质量及稳定性要求，通过实验分析了光纤系统的偏振特性，实验探索了不同的偏振控制技术。并针对系统窄光谱（pm级）、短脉冲（ns级）的特点以及系统末级输出对时间特性的要求，采用空间平均的退偏振方式，能有效实现光信号的完全退偏。光纤系统增加退偏器后输出稳定性达到了1.72%，大大提高了系统输出的稳定性。     

Stability analysis of linearly chirped Gaussian pulse stacking in laser plasma reaction

<正>We analyze the stability of linearly chirped Gaussian pulse stacking(LCGPS) in the laser plasma reaction (LPR) in the inertial confinement fusion(ICF) system.The LPR can be treated as the process that the stacked pulse is first intensity filtered and then induces the plasma due to the thermalization time of the plasma.We also examine the stability of LCGPS over the change of the thermalization time of the plasma, the timing delay,and the intensity attenuation of the stacked pulse in the LPR,and compare the results with those of none chirped Gaussian pulse stacking(NCGPS).Our results show that LCGPS is more stable than NCGPS.     

高功率激光装置前端系统激光脉冲的时间整形及修正技术

针对激光惯性约束聚变实验研究对高功率激光驱动器前端系统复杂时间形状种子激光脉冲的需求,应用孔径耦合带状线集成波导整形系统设计了满足需要的前端整形激光脉冲。用一种新方法精确计算了孔径耦合带状线电脉冲整形器的耦合系数和孔径宽度的数值关系,并针对高衬比度整形激光脉冲的需求,提出了高衬比度双极型集成波导整形系统方案。由该系统可以得到100 ps脉冲前沿、1～3 ns脉冲宽度可调、高衬比度(大于100:1)、光滑无纹波调制、可精确满足神光Ⅱ八路及第九路装置需求的前端整形激光脉冲。     

高光束质量Nd:YAG激光系统的研制

 针对惯性约束核聚变驱动器激光预处理系统的需求,研制了一套高功率高光束质量Nd：YAG 激光系统,该系统中采用了高稳定的被动调Q单纵模振荡器、受激布里渊散射脉冲压缩和高效聚光腔等多种技术,获得了脉冲宽度3ns、激光能量1.1J、远场发散角0.3mrad的激光输出。     

近红外瞬态脉冲波前高精度干涉检测技术

惯性约束聚变(ICF)系统中高能瞬态脉冲激光由于脉冲时间短、能量高、波前畸变大,通常的检测方法难于检测脉冲激光波前。提出了一种基于空间相位调制技术可用于近红外瞬态波前高精度检测的环形径向剪切干涉仪。该系统可以以30~150 mm的圆瞳和方瞳口径、对波长为1064 nm的近红外纳秒级脉宽的脉冲激光波前实现共路、无参考面的瞬态、高精度的检测。系统的波前重构理论经过计算机仿真验证,精度达1/1000λ以上;检测结果与ZYGO数字波面干涉仪进行了比对,峰谷值、均方根值均优于1/15λ,并具有很好的可重复性。该系统目前已用于惯性约束聚变系统的脉冲检测,并且该技术适用于各种可见光和红外波段激光。