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。     

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(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。     

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。     

激光惯性约束聚变中光学汤姆逊散射研究进展

当前,激光惯性约束聚变在越来越接近点火的极端能量密度条件下,实验与模拟的偏离逐渐增大,一个关键原因是缺乏对黑腔等离子体状态及其影响黑腔能量学和内爆对称性的细致研究和判断。光学汤姆逊散射主动式、诊断精确、参数完备的优点,使之成为激光惯性约束聚变黑腔等离子体状态参数精密诊断的标准方法。中国面向激光惯性约束聚变研究的光学汤姆逊散射实验技术的发展与神光系列激光装置的建设和在其上开展的物理实验紧密相关。近年来,四倍频汤姆逊散射实验技术在神光III原型和100 kJ激光装置上相继建立,部分实验结果不仅加深了对激光惯性约束聚变靶物理的认识,还反映了实验条件对汤姆逊散射诊断的影响,促进了实验技术的精密化发展。在未来,还需要进一步发展多支路汤姆逊散射、五倍频汤姆逊散射和超热相干汤姆逊散射等新技术,面向点火黑腔条件,大幅提升激光等离子体状态参数的诊断精度,开展新物理机制的探索和研究,在激光惯性约束聚变和其他高能量密度物理科学领域发挥更重要的作用。     

有限尺寸光栅压缩器设计

千焦耳高能拍瓦激光装置是实现激光惯性约束聚变“快点火”的基本技术手段。“快点火”前期基础物理实验要求：激光驱动装置输出激光脉冲的能量大于1kJ，脉冲宽度在1～10ps。而实现完全意义上的点火则需要万焦耳级的脉冲能量。激光技术上，啁啾脉冲放大（CPA）技术为实现高能、高峰值功率的激光输出提供了技术手段。然而，压缩器光栅较低的损伤阈值和较小的物理尺寸限制了快点火驱动装置的输出能量。目前，商品化介质膜光栅的损伤阈值仅约为1．2J／cm^2（ 1ps），     

堆积啁啾脉冲时间调制及强度演化规律

采用啁啾脉冲堆积的方法获得纳秒级宽带整形激光脉冲,是目前用于惯性约束聚变(ICF)的激光装置前端系统拟采用的技术路线.但这种堆积啁啾脉冲在时间上由于相干而存在时间调制,同时也将导致光谱存在调制.此外,堆积啁啾脉冲的峰值强度也随延迟时间等因素的变化而有所不同.通过数值模拟,分析了时间调制、光谱调制以及强度的演化规律.研究结果表明,时间调制与基元脉冲的展宽量及相邻脉冲之间的延迟时间有关,光谱调制只与相邻脉冲之间的延迟时间有关,而强度的演化则与相位因子的余弦函数演化具有一定的相似性.     

利用波导调制器实现连续可调任意整形激光脉冲

目前，惯性约束聚变激光驱动哭有级的发展方向是以稳定性好的激光二极管取代原来的闪光灯泵浦，以集成光学和光纤技术取代原来的块状光学调制器进行激光脉冲的整形工艺。本文从实验上研究了以激光二极管泵浦的固体激光器作为光源，以波导调制器作为整形器件的激光脉冲的整形和频谱展工技术，获得了初步的实验结果。     

高功率激光放大器脉冲的整形设计

 针对惯性约束聚变实验对激光驱动器脉冲波形的要求,将优化控制模型理论运用于计算激光放大器输入脉冲的预补偿波形,得到了与实验基本一致的结果。同时给出了我国新一代高功率激光器“神光 Ⅲ”装置主放大器级输入脉冲波形的设计要求。     

神光-III激光装置时标激光和任意反射面速度干涉仪探针光源产生技术

在惯性约束聚变研究中, 时标激光是对物理诊断数据进行分析的重要时间标尺, 而任意反射面速度干涉仪(VISAR)光源则是冲击波精密诊断必不可少的探针光源. 通过对物理需求的分析, 提出对时标激光与VISAR光源共用脉冲产生单元, 采用时分复用技术实现二者在同一台幅度调制器上的精密整形, 经1×2分束后再通过声光开关进行选择输出, 从而降低了系统造价, 便于集中控制. 采用了脉冲稳偏、高稳定空间放大、高精度温控谐波转换技术及可快速插拔精密复位的光纤耦合和传能技术, 实现了时标和VISAR光源脉冲的高稳定输出. 研制的时标激光系统可产生与主激光高精度同步的12路二倍频、4路三倍频时标信号, 为神光-III激光装置物理实验提供了重要的时间基准. 产生的VISAR光源脉冲在经过光纤系统和Nd: YAG棒状放大器后, 通过温控LBO晶体倍频, 然后经1 mm芯径的多模传能光纤传输至成像型VISAR系统, 为物理实验提供了单纵模、高亮度、可精密整形的脉冲激光. 系统已用于VISAR诊断物理实验, 获得了完整的冲击加载、减速的图像, 从而为冲击波调速及相关高压物理实验提供了可靠的技术手段.     

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     

复杂激光脉冲波形的整形

介绍了用时空变换的方法对激光脉冲整形的原理；提出了由于硬边光通量调制器引入的动态的光脉冲强度空间分布的不一致性及其克服的方法，理论上用二维快速傅里叶变换（ＦＦＴ）进行了验证；最后计算了系统光强透过率和光束焦斑大小，调制狭缝宽度的关系，为了显示本系统的复杂脉冲整形能力，在实验上获得了惯性约束核聚变（ＩＣＦ）感兴趣的复杂激光脉冲波形。     

利用双折射透镜组实现激光束空间整形

为了提高惯性约束聚变高功率激光系统的整体效率和充分利用光能,需要将高斯分布的光束整形为空间均匀分布的平顶光束。本文从球面透镜的琼斯矩阵出发,利用光学传输矩阵对双折射透镜组空间光束整形系统进行了理论分析,数值模拟了整形效果,讨论了透镜组参量的选择以及中心加工厚度误差等因素带来的影响,并对该系统进行了实验研究。在实验中,利用该双折射透镜组整型系统实现了光束的均匀化输出。在神光Ⅱ第九路中,在近场静态工作条件下,可将光束填充因子从原来的66%提高到80%。     

时域延时多脉冲叠加平滑过程的分析

 为满足惯性约束聚变对ns级可整形激光脉冲的独特要求,提出了一种将多脉冲延迟堆积实现脉冲平滑和灵活整形的方案。这种方案基于多光束耦合器与压电陶瓷结合技术，采用光纤作为传输介质，可以精确控制相邻脉冲延时。详细分析和讨论了时延多脉冲叠加原理和叠加技术，给出了脉冲堆积时满足平滑要求的延迟时间(约为堆积所用高斯脉冲束腰宽度)和相邻脉冲间延时相位差所需的控制精度。     

利用集成光学技术的新型时间脉冲整形系统

通过对时间脉冲整形技术的探索，发展了一套准备应用于未来高功率激光装置的激光脉冲整形系统。在这套整形系统中，使用了通光波长1．053μm的质子交换型波导调制器。通过这套利用集成光学调制技术的整形系统，得到了脉冲起伏小于10％的整形方波光脉冲。     

神光Ⅱ终端光学组件的频率变换逆问题研究

在激光惯性约束核聚变(ICF)精确打靶中,对激光束变换、整形和控制要求苛刻,通过数字在线操控技术能够在线实现激光系统的自动校准,而频率变换是数字在线操控技术中的关键一环。在不进行逼近迭代计算的情况下,基于可逆的傅里叶变换和龙格-库塔算法,对神光II终端靶场系统中负单轴晶体KDP的"I+II"类频率变换的逆问题进行了探讨和相应的算法研究,并给出了对应的模拟计算结果。最后,与神光装置运行的实验数据进行比对,验证了频率变换逆问题算法的正确性和稳定性。     

Temporal Pulse Shaping of Laser Beams by Optical Fiber Stacker

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＰｒｅｃｉｓｅｔｅｍｐｏｒａｌｐｕｌｓｅｓｈａｐｉｎｇｏｆｔｈｅｌａｓｅｒｂｅａｍｓｆｏｒｉｎｅｒｔｉａｌｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔｆｕｓｉｏｎ（ＩＣＦ）ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｈａｓｂｅｃｏｍｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｉｍｐｏｒｔ...     

层析技术在惯性约束聚变实验中的应用

综述了适用于惯性约束聚变（ＩＣＦ）实验的层析技术，并已用于“星光Ⅱ”装置激光等离子体的实验Ｘ光测量结果分析，重建出Ｘ光的三维分布，获得了有意义的结果，从而表明了该技术在ＩＣＦ实验中应用的可能性． A CT technique applied to ICF experiments has been studied and it has been used to analize the measured X ray in laser plasma experiments at “XingguangⅡ” device. The three dimensional distribution of the X rays in targets is reconstructed and useful results are obtained. This shows that the CT technique can be applied to ICF experiments.