等离子体电极普克尔盒研究进展

等离子体电极普克尔盒(PEPC)用作多程放大控制、自激振荡抑制以及反激光隔离,是大型高功率固体激光器的核心器件。本文从高功率固体激光器的发展对光开关提出的要求出发,系统地综述了等离子体电极普克尔盒的性能特点以及研究进展。重点介绍了中国工程物理研究院激光聚变研究中心近年来在PEPC研究方面所取得的进展,包括单脉冲驱动的组合口径PEPC、低损耗PEPC以及重复频率运转的PEPC。     

新型LD泵浦振荡器与多程放大系统联机实验

 新型LD泵浦振荡器采用环形结构，具有单纵模几率高、时间波形和幅度高度稳定等特点，这些特点使其与多程放大器的联机非常方便，没有系统多脉冲注入破坏风险和能量不稳破坏风险。联机实验取得了显著成果，输出能量达1.252kJ，是当前国内固体激光器单束输出最高能量，此时输出脉冲脉宽为1.26ns，光束口径为20cm×20cm，平均功率密度达2.5GW/cm²。     

等离子体电极棚电光开关实验研究

 设计建造了以辉光放电形成的等离子体作电极，通光口径为80mm×80mm的普克尔盒实验，实验检测了它的开关性能。阐述了普克尔盒的结构，辉光放电等离子体电极的形成，开关驱动脉冲的产生及输出特性，电光开关的开关效率和开关速度的检测方法，给出了典型的实验结果。     

等离子体电极普克尔盒电光开关单脉冲过程数值模拟

采用流体模型对等离子体电极普克尔盒(PEPC)电光开关单脉冲过程进行了数值模拟分析.模型包括带电粒子连续性方程、动量守恒方程、电子平均能量方程及空间电位泊松方程.分别采用隐式指数差分格式，超松弛迭代法(SOR)和经典四阶龙格-库塔法(R-K)对带电粒子连续性方程，泊松方程和电子平均能量方程进行数值求解.模拟分析了PEPC单脉冲过程中的带电粒子浓度、电子温度、空间电场、PEPC的放电电流、晶体两侧电压和开关效率的时间演化特性.模型得出了PEPC中气体放电等离子体的微观物理过程与PEPC宏观参量的关系，对设计 关键词： 等离子体电极普克尔盒 电光开关 数值模拟 气体放电     

280mm×280mm口径单脉冲过程电光开关

用于高功率惯性约束聚变(ICF)激光驱动器的大口径电光开关均采用等离子体电极泡克耳斯盒。与传统的等离子体电极电光开关原理不同,单脉冲过程驱动电光开关没有独立的大电流等离子体发生单元,而只是通过具有较高幅值的正负开关脉冲完成对大口径电光开关的驱动。介绍单脉冲过程驱动等离子体电极泡克耳斯盒电光开关的设计,并建立280 mm×280 mm口径电光开关实验平台,利用连续激光器测试了电光开关特性,实验测得该电光开关中心处开关效率为99.3%,开关上升时间为90 ns。     

高平均功率电光开关晶体热畸变分析

 深入分析了方板构型的电光开关晶体在高功率载荷条件下的热畸变行为，讨论了光强分布对热效应的影响。以KDP晶体为例，分别计算了激光束光强为高斯分布和均匀分布时晶体的温升、相应的热应力分布、波前畸变以及热退偏。结果表明，光强的分布形式对波前畸变和热退偏的影响是不同的。相对于光强均匀分布的激光束，高斯光束减缓了光斑边沿处的温度梯度，产生的热应力较小，因此可以减弱热退偏效应；另一方面，在光束口径范围内，高斯光束产生了附加的温度分布非均匀性，因而波前畸变会大一些。     

等离子体电极电光开关特性参数测量

 建造一套电光开关参数测量系统,具备时间分辨、空间分辨及全口径平均测量能力。介绍了240mm×240mm等离子体电极普克尔盒电光开关特性参数及测量光路,并给出了实验测量结果。     

水冷10 Hz Yb:YAG激光放大器热管理

为了控制重频放大器的热致波前畸变,设计并加工了均匀冷却的背面水冷激活镜激光放大器,对放大器的热畸变特性开展了实验研究,实验发现在泵浦功率密度较高即重复频率达到10 Hz,平均功率密度达到200 W/cm2时,放大器的热畸变既影响远场分布又对近场产生显著的调制。近场的调制会给放大器带来较大的损伤风险。为了消除热畸变对近场的调制,首先对泵浦强度分布进行了匀化,然后对介质进行了边缘热平衡控制,消除了热畸变引起的近场调制。通过对上述因素的控制,采用水冷激活镜构型的四程放大器实现了在10 Hz频率下良好运行。在没有进行主动补偿的情况下,实现了远场焦斑优于5倍衍射极限的输出。     

重频应用下等离子体电光开关热退偏损耗分析

 基于有限元数值方法,给出电光晶体KDP在高平均功率激光负载下温度场分布和应力场分布。在此基础上得到了折射率随温度变化、电光系数随温度变化、及应力双折射引入的退偏损耗。数值模拟显示：电光系数随温度变化和应力双折射是引起开关退偏损耗的主要因素。当入射激光平均功率为40 W、辐照时间为420 s时,KDP晶体最高温度为38.43 ℃,电光系数随温度变化及应力双折射引入的最大退偏损耗分别为2.38%和4.04%。实验测量了应力双折射导致的退偏损耗,实验结果和理论结果符合较好。     

高延时分辨低抖动同步时序信号产生技术

针对大型激光装置中广空间分布的甚多路高精度(一是长时间时间抖动小于5 ps,二是时间延迟微步进分辨率小于15 ps)同步触发信号的需求,设计了一种“数据流编解码光传输+高速串行收发器粗延时+宽带微带线微步进延时”的同步时序产生方案。通过数据流编解码光传输架构实现了广空间范围内时序的对齐;高速串行收发器粗延时和微带线微步进延时技术解决了同步触发信号低时间抖动和高延迟分辨的问题。通过对系统的时序逻辑和电路板的关键线路进行仿真,完成了整个系统的设计与研制,并开展了实验测试。测试结果表明:该系统可以实现广空间范围内的同步时序信号产生,同步触发信号的时间抖动精度优于3.76 ps(均方根值,8 h),39.6 ps(峰峰值,8 h),时间延迟分辨率优于15 ps;若应用于小空间范围,同步触发信号的时间精度可优于1.27 ps(均方根值,8 h),12.4 ps(峰峰值,8 h)。