激光原型装置预放能量的精密控制

 基于原型装置的光路设计,确定了采用半波片和偏振片实现对预放系统输出能量的精密控制的方案,并对该方案进行了流程设计和系统集成。通过实验验证了该方案的可靠性,实验结果显示：该方案可对预放系统的静态能量和发射输出能量进行有效的控制;可在30 s内将系统静态能量控制在3%以内,可在1~2发内使预放发射的输出能量的偏差迅速降到5%以内,且能量输出的结果有较好的重复性。     

重频XeF蓝绿激光技术

 利用表面放电光泵浦技术,研制了重频XeF(C-A)激光器,运行频率达到10 Hz。研究了运行频率、气体流量对激光输出能量稳定性的影响,分析了影响输出稳定性的主要因素,实验结果表明,提高气流量可有效改善重频输出能量的稳定性。同时,还给出了优化实验条件下不同运行频率连续20个脉冲较为理想的输出结果。运行频率分别为1,2,5 Hz时,输出能量稳定性较好,输出能量大于4.0 J;气流量大于53 L/s时,10 Hz重频运行的输出稳定性已显著提高,平均输出能量也达到1.8 J。     

高功率激光装置前端能量控制系统

针对神光Ⅱ高功率激光装置前端预放系统输出的能量设计了一种远程能量控制系统,包括半波片-偏振片组合衰减装置以及闭环负反馈控制系统的设计.在光学调整方案上,设计了半波片-偏振片组合衰减装置,对激光能量进行衰减控制.在控制算法上,实现了对能量控制的闭环比例积分微分调整.在调整准确度上,实现了调整准确度为1%,误差低于0.1%的精确控制.本文所设计的高功率激光装置前端能量控制系统利用能量计、步进电机与计算机软件之间的相互通信来实现对能量的闭环比例积分微分控制,适用范围广,可扩展性好,并具有简单易调整、控制精密、结果准确等特点.     

放电引发的非链式高功率重复频率HF/DF激光器

高功率重频HF/DF激光因其具有的波长和功率优势成为当前中红外激光技术发展的热点之一。介绍了利用紫外预电离横向放电结构和工作气体循环系统建立的放电引发高功率重频HF/DF激光装置。在对激光工作介质SF6/C2H6混合气体放电特性和激光输出特性研究的基础上,开展了强电负性气体的重频均匀体放电技术和气体快速循环置换技术研究,解决了泵浦源重频放电能量在气体介质中的有效沉积和提取问题,实现了激光器50Hz的重频稳定运行和能量稳定输出,HF激光的平均功率达到28W,脉宽100ns,峰值功率5.6 MW。     

基于能量流动双PWM协调控制

基于双PWM结构,根据系统能量流动分析系统在能量平衡状态和能量不平衡状态下系统各部分间的能量关系,并建立双PWM结构能量数学模型。针对系统输出能量与消耗能量不平衡时造成的直流母线电压波动以及输出功率不匹配的问题,建立关于直流母线电压以及网侧电流d轴分量的约束条件,保证系统能量能够平滑变化。采用约束条件对整流器电压外环以及功率内环进行修正,用以实现整流侧输出能量与逆变侧消耗能量的快速平衡,达到双PWM结构间协调控制的目的。根据仿真结果表明,系统在电机功率突变时,能够实现能量的快速平衡,并且能够减少直流母线电压波动,减少网侧谐波分量和直流侧电容。     

四程放大激光系统输出能量稳定性研究

 根据原型装置主放大系统组合式四程放大结构的特点,计算分析了放大过程中注入能量、放大增益及损耗的微小起伏对系统输出能量稳定性的影响。根据原型装置集成实验结果,分析了目前原型装置单路输出能量稳定性水平。研究结果表明：注入能量越大,其变化对输出能量影响越小;小信号增益系数对输出能量的影响明显大于注入能量;系统输出能量稳定性对腔内光学元件的透过率变化要求高于腔外光学元件。在3 ns基频光输出达标点处要使输出能量不稳定性控制在5%以内,注入能量起伏要低于10%,腔内放大片小信号增益系数起伏要低于1%,腔内光学系统损耗起伏要低于2%。     

20 GW/100 Hz脉冲功率源研制

 20 GW/100 Hz脉冲功率源是一台基于Tesla变压器技术的重复频率脉冲功率装置,设计功率20 GW,脉宽40 ns,重频1～100 Hz,输出功率及重频指标在一定范围内可调。介绍了20 GW/100 Hz脉冲功率源的系统构成,电气及结构参数的确定方法,关键部件的工程工艺技术,并分析了关键绝缘部件的电场分布。实验调试结果表明,20 GW/100 Hz脉冲功率源运行稳定可靠,重频工作时输出电压分散性小于1％,可应用于高功率微波及强流束产生等物理实验研究。     

电光调Q脉冲串Nd∶YAG激光器研究

设计了一台高能量输出的电光调Q脉冲串Nd∶YAG激光器,可以对脉冲串重复频率、脉冲数目、脉冲间隔进行调节。重复频率1～10Hz,每一个脉冲串含有1～3个脉,其间隔大于200μs可调。采用平凸腔的结构,对一定重频下的热透镜效应进行补偿。典型的实验结果为:当重频为10Hz、脉冲间隔为548μs时,三脉冲最大输出能量608mJ,双脉冲最大能量输出405mJ,单脉冲最大输出能量为200mJ,其中单个脉冲的脉宽约为8ns,发散角为3.4mrad。     

大型激光装置束间能量平衡能力综合分析方法

 针对大型激光装置输出能量平衡能力,建立了束间均方根分析方法。构建了大型激光装置的光束能量观测数据变换过程,得到服从近似正态分布的变换数据,从而建立简便的束间能量平衡能力的均方根计算方法;基于全控图和选图,针对装置能量平衡能力短期变化提出均方差控制图,并定义装置平均失效强度函数,用于描述装置整体的能量平衡能力长期变化趋势。通过对调试数据的分析,验证了综合分析方法的可视性和高效性。     

高功率Cr,Tm,Ho:YAG激光器的实验研究

在医学应用上,Cr,Tm,HoYAG激光器需要在大功率、高重频下工作.合理的设计对提高Cr,Tm,HoYAG激光器的输出功率是很重要的.通过对Cr,Tm,HoYAG输出特性进行理论分析和实验验证可知,腔长、全反射镜曲率半径、输出镜透过率、水温等因素对Cr,Tm,HoYAG激光器的输出功率均有影响.提出了优化设计Cr,Tm,HoYAG激光器的方法.在镀银腔情况下,当重频为10Hz时,激光阈值为45J,斜效率为1.1%;当输入能量为121J时,输出的平均功率为9.7W.在陶瓷聚光腔情况下,当重频为10Hz时,激光阈值为40J,斜效率为2.7%;当输入能量为100J时,输出的平均功率为16.2W.     

高功率Cr,Tm,Ho∶YAG激光器的实验研究

在医学应用上,Cr,Tm,Ho∶YAG激光器需要在大功率、高重频下工作。合理的设计对提高Cr,Tm,Ho∶YAG激光器的输出功率是很重要的。通过对Cr,Tm,Ho∶YAG输出特性进行理论分析和实验验证可知,腔长、全反射镜曲率半径、输出镜透过率、水温等因素对Cr,Tm,Ho∶YAG激光器的输出功率均有影响。提出了优化设计Cr,Tm,Ho∶YAG激光器的方法。在镀银腔情况下,当重频为10Hz时,激光阈值为45J,斜效率为1.1%;当输入能量为121J时,输出的平均功率为9.7W。在陶瓷聚光腔情况下,当重频为10Hz时,激光阈值为40J,斜效率为2.7%;当输入能量为100J时,输出的平均功率为16.2W。     

SG-Ⅲ原型装置数十nm宽带数kJ输出能力评估

利用现有窄带激光传输模拟软件SG99和宽带激光传输模拟软件CPAP,以及自编的一维光脉冲传输放大的逆算程序,评估了原型装置在主放基本结构不动的情况下激光脉冲由窄带改为宽带,实现数十nm宽带条件数kJ的输出能力。宽带下增益窄化效应显现,对光谱增益窄化补偿也进行了研究。结果表明,为了补偿增益窄化效应,在3J主放注入能量下通过对光谱整形可满足系统2000~3000J的输出,但损失约40%的注入能量。考虑到这一因素,预放级至少要有5J的输出能力。研究结果指导了数十nm宽带倍频激光驱动实验系统研制实施方案。     

“神光”装置的激光能量测量

本文叙述了在神光装置中测量激光能量的体吸收能量计的特点,给出了其工作参数。实测了神光装置中激光系统末级输出能量、激光系统前部和中部定点发射能量及激光系统放大的自发辐射能量。并作了分析和讨论。     

TW级钛宝石飞秒激光放大装置中的同步控制

讨论了TW级飞秒激光放大装置中的同步时序系统原理,介绍了自行设计并建造的3套频率成分各异的TW级钛宝石飞秒激光放大装置,其中"极光Ⅱ"和"Titan"为两级放大系统,前者预放大与主放大重复频率均为10 Hz,后者采用1 kHz的预放大和10 Hz的主放大,"极光Ⅲ"为多级放大系统,预放大重复频率为10 Hz,主放大分别为1 Hz和15 min输出一发。针对各个放大装置的不同特点和对同步精度的具体要求,自行设计并建造了不同的同步时序控制系统,实现了各个激光放大系统的有效运转,同步精度达到200 ps。     

885nmLD高重频侧泵Nd：YAG全固态激光器输出特性研究

对不同反射率和注入电流下885nmLD高重频侧面泵浦Nd：YAG全固态激光器的输出特性进行了实验研究，实验表明1064nm激光脉冲输出能量随注入电流的增加而增大，泵浦频率越高，脉冲输出能量增长越慢。以脉冲侧面泵浦Nd：YAG，在重复频率为60Hz、80Hz，注入电流为130A时，得到了输出透镜的最佳反射率都为73％，输出脉冲能量分别为62.1mJ，47.9mJ，光-光效率分别为13.29%、10.29%。     

400 Hz高光束质量高功率短脉冲激光器

研制了大能量高光束质量短脉冲激光器,系统采用主振荡+预放大器+主放大器2级主振荡功率放大器(MOPA)结构。采用双棒热效应补偿改善光束质量的措施,在重复频率400 Hz时实现单脉冲能量40 mJ、光束质量因子约为1.2的激光输出。激光器放大后实现单路脉冲能量712.5 mJ、脉宽12.4 ns的激光输出,采用球差补偿的方法提高了激光器的光束质量,在最大输出功率下实现了光束质量因子小于2.3,光光效率27.7%。偏振合束后,激光器输出能量大于1.4 J。     

初级能量平衡

针对“神光Ⅱ”精密化的要求，有用半波片和偏振片组合衰减装置精确控制光束能量，达到能量平衡。简要论述了半波片组合衰减器的工作原理。采用独特的方法，对高精度光电探头和半波片的特性进行了检测。在此基础上，运用自动控制技术进行智能调节，实现了闭环自动控制模拟实验，达到了均方根为２％的激光能量控制精度。     

连续波多普勒引信超宽谱高功率微波辐照效应试验

为客观评价超宽谱高功率微波对某型连续波多普勒引信的干扰能力,构建了引信辐照效应试验系统,并开展了辐照效应试验。试验结果表明:受试引信最强能量耦合姿态为引信竖直向上,弹体轴线与辐射场传播方向垂直,三角环天线平面垂直于辐射场传播方向;主要能量耦合通道为弹体;重复频率越高,发火电路端耦合电压越大,且同为82kV/m的辐照场强,单次、10Hz重频、20Hz重频和50Hz重频触发条件下耦合信号电压值分别约为66.5,69.4,71.5,74.6V;在157kV/m干扰场强范围内,超宽谱不会造成引信意外发火,但会影响引信检波电压和工作电流等性能参数。     

低杂波电流驱动阴极高压电源系统的优化与实现

4.6 GHz 低杂波电流驱动（LHCD）是EAST托卡马克装置辅助加热系统的重要组成部分。其阴极高压直流电源基于脉冲阶梯调制（PSM）技术,采用64个直流模块串联输出50 kV直流电压。单模块的调制频率设计为50 Hz,故而系统调节速度有限,面对实际运行中网侧电压波动引起的干扰时,电源无法做出更快速的响应与反馈调节,从而导致输出电压产生大幅波动,影响输出性能。为提高电源调节速度和抗干扰能力,设计了具有1 kHz调制能力的高频整流模块以替代部分原低频模块,利用高频模块的快速调节能力抑制输出电压的波动。实验结果表明,升级后的电源输出电压波动减小了50%,更好地满足速调管对于电压精度和稳定度的控制要求,保障了系统运行的可靠性。     

多波段紫外太瓦级CPA系统

基于啁啾脉冲放大(CPA)技术和频率变换技术,构建了一个多波长紫外太瓦量级CPA系统.该系统实现了5种频率的精确同步,可同时输出1 Hz,5 Hz和10 Hz的高能量多波段紫外脉冲.时间抖动小于3 ns的时间同步系统和能量不稳定性小于0.5%rms的kHz预放大系统保证了CPA系统输出的能量不稳定性小于2%rms.最后,通过共线相位匹配方案,得到了64 mJ/400 nm,16 mJ/267 nm和5 mJ/205 nm紫外脉冲输出,对应峰值功率达到太瓦量级. 关键词： 啁啾脉冲放大 光学频率变换 紫外脉冲