高功率超短脉冲激光系统中光谱增益窄化补偿的调制函数

 设计了一种与高功率超短脉冲激光放大过程中获得的总增益、增益介质的带宽、激光带宽、脉冲中心波长等参数相关的调制函数，对激光放大过程中的光谱增益窄化进行补偿。此调制函数的优越性在于，对不同性能的激光系统，无需改变调制函数的形式就能适用。通过数值模拟的方法，讨论了在不同增益介质带宽、激光带宽、脉冲中心波长下的补偿效果。此调制函数在高功率超短脉冲激光系统中有良好的应用前景。     

百太瓦级超短超强钛宝石激光装置研制

近年来，随着相关领域的发展,尤其是啁啾脉冲放大（Chirped Pulse Amplification．CPA）技术的出现，使得超短脉冲激光的峰值功率的进一步提高，输出功率已能达到百TW或PW以上，聚焦功率密度可达到10^2W／cm^2.CPA技术的基本思路是将非常窄的种子光脉冲在时域上展宽，然后在放大器中充分的提取能量，最后将激光脉冲压缩到接近初始的脉冲宽度．从而获得极高的峰值功率，如图1所示如此超高强度的激光脉冲，可以创造极端的物态条件，用于研究相对论领域的光与物质相互作用，如超快x光激光产生、超高次谐波产生、激光尾波场粒子加速、实验室天体物理学及快点火机制等。随着超短超强脉冲激光装置性能的提高和研究工作的进一步深入，超短超强脉冲激光将会在军事、科技和民用方面呈现广阔的应用前景。     

光参量啁啾脉冲饱和放大的增益稳定性

 光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）在饱和放大区存在一个增益稳定点，据此设计了一个输出稳定的三级OPCPA系统；第一、二、三级分别选用准相位匹配的周期极化钛氧磷酸钾（PPKTP）晶体、LBO晶体和KDP晶体作为增益介质。饱和放大时，增益随泵浦光强度变化时的增益输出稳定性明显改善，在泵浦光强度抖动低于6%的情况下，各级光参量放大器OPA输出的增益抖动小于1%。前级采用准相位匹配的PPKTP晶体作为增益介质，在远低于破坏阈值的30MW/cm²的泵浦功率密度下，可得到2×10⁵的饱和放大增益和20%的能量转换效率。     

克尔介质中超连续谱的产生与自聚焦的抑制

 从（3+1）维非线性薛定谔方程出发，理论上分析了超短脉冲频谱展宽与自聚焦的影响因素。分析得出：通过改变泵浦光的功率和光束口径，可以实现光谱的极大展宽并避免自聚焦成丝。数值模拟了小口径强泵浦光束在BK7玻璃中的传输过程并进行了实验验证。模拟结果显示在超连续谱产生的同时小尺度调制被完全抑制。实验结果表明：降低泵浦光功率，使光束不会因为全光束自聚焦而发生塌陷，同时还能控制除自聚焦外的其它非线性效应，进而改善近场光束质量。由于自相位调制是超短超强脉冲产生超连续谱的重要机制之一，需要维持传输过程中的泵浦光功率，由此最佳的入射光功率应选在全光束自聚焦功率阈值附近。     

用于快点火研究的超短脉冲的相干合成

 利用傅里叶光学方法，建立了一个基于远场的多束超短脉冲相干合成的理论模型。研究了一个口径为50 cm，脉宽为1 ps的超短脉冲相干合成系统的各种误差对脉冲远场时域和空域特性的影响。结果表明：若要求远场的一倍衍射极限区域的积分能量分布达到理想情况下的90％，该系统的相位延迟误差小于0.63，沿x方向角度误差小于0.37 μrad，沿y方向角度误差小于0.34 μrad；若要求远场叠加脉冲的时域展宽小于25％，系统的剩余啁啾因子应小于1.32(不考虑相位延迟)或1.52(考虑0.63的相位延迟)。     

基于远场的拼接光栅压缩池的设计

 利用傅里叶光学方法得到了失调拼接光栅压缩池输出光束的远场振幅表达式，建立了分析拼接光栅的各种误差的理论模型，得到了拼接误差对脉冲的影响是附加相位延迟和角度偏转。在要求远场的一倍衍射极限区域的积分能量分布达到理想情况下的90％的条件下，对于含有口径为40 cm、脉宽为0.1~10 ps脉冲的系统进行分析并分别得到了各种误差的容限。     

自聚焦激光束光束质量评价的功率谱密度方法

在高功率激光系统中，介质的非线性折射率引起的小尺度自聚焦效应将会带来对光束相位和强度分布的影响，增加光学元件遭受成丝破坏的风险。产生光束小尺度纹波调制的机制分为两类：振幅和位相调制。振幅调制引起的光束自聚焦是造成介质损伤的主要因素。根据小信号的Bespalov-Talanov理论，只有特定空间频率(或称为模式)的调制具有最快的增长速度，其增长幅度可以用B积分参数来描述。目前，有关光束的自聚焦成丝已经引起了激光器研制人员的重视。     

神光Ⅲ主机装置首次间接驱动内爆集成实验

基于新建成的神光Ⅲ主机装置开展了首次激光间接驱动内爆集成实验。国内首次采用多环脉冲整形激光注入黑腔产生X光辐射驱动内爆,通过优化激光打靶参数控制驱动不对称性,演示了以惯性压缩为主、收缩比约15倍的DT靶丸内爆实验能力, 实现了准一维的高静产额(YOC)和高中子产额的物理指标;其中,真空黑腔DT靶丸最高中子产额为1.91012,YOC达到60%;充气黑腔DT靶丸最高中子产额为2.41012,YOC大约70%。该实验为未来开展多台阶整形辐射驱动、更高倍数收缩比的高压缩内爆综合实验、验证点火靶物理设计和关键调控措施有效性奠定了基础。     

Self-Injection and Acceleration of Monoenergetic Electron Beams from Laser Wakefield Accelerators in a Highly Relativistic Regime

Self-injection and acceleration of monoenergetic electron beams from laser wakefield accelerators are first investigated in the highly relativistic regime, using 100 TW class, 27 fs laser pulses. Quasi-monoenergetic multi- bunched beams with energies as high as multi-hundredMeV are observed with simultaneous measurements of side-scattering emissions that indicate the formation of self-channelfing and self-injection of electrons into a plasma wake, referred to as a ＇bubble＇. The three-dimensional particle-in-cell simulations confirmed multiple self-injection of electron bunches into the bubble and their beam acceleration with gradient of 1.5 GeV/cm.     

多脉冲激光对K9玻璃的表面损伤实验研究

 实验研究了波长为1 064 nm、脉宽为10 ns、重复频率为1 Hz的激光脉冲对K9玻璃的表面损伤特点,给出了脉冲透过能量随激光脉冲作用次数变化的规律。采用3维立体显微镜对损伤形貌进行观察,发现K9玻璃的损伤表面呈环状分布,分为烧蚀区、微裂纹区和断裂区。随着激光脉冲个数的增加,损伤由点状破坏演变为损伤区,微裂纹逐渐增长,损伤面积逐渐增大。基于激光支持的爆轰波理论分析,激光与脆性材料的相互作用可引起微裂纹的大量增长。在多脉冲激光的作用下,K9玻璃损伤的累积效应明显,表面损伤阈值明显降低,表面裂纹增长明显,损伤面积逐渐增大;但随着激光脉冲的继续增加,这种损伤趋于稳定。