神光Ⅱ全链路脉冲波形的高精度反演

物理实验对神光Ⅱ装置的输出脉冲波形有很高的精度要求。对于单色光,通常做法是利用增益通量曲线反演激光链路获得注入波形,该方法在求解高通量或复杂波形时的精度比较差,甚至对宽带脉冲失效。针对不同输出通量,提出了智能算法和增益通量曲线的分层使用策略并应用于神光Ⅱ全链路的波形反演,混合算法的计算精度理论上取决于采样点数目。通过模拟仿真验证了混合算法具有稳定性好、精度高和收敛快的特点。     

“神光Ⅱ”主放大器中的波形控制

理论分析了“神光Ⅱ”主放大器中影响增益饱和进而影响输出脉冲波形的各种因素,并用一套特征值数值模拟分析了各种因素对波形畸变程度影响的异同,提出了一种在调整脉冲波形的同时可在一定范围内连续调节输出能量的方案. 关键词： 脉冲波形 AVM透过率 能量密度 小信号增益系数     

高功率固体激光性能仿真模型

为实现高功率固体激光装置的能量平衡和功率平衡,开发了激光性能仿真模型为神光-Ⅲ原型装置的运行提供实时预测。模型能够确定系统参数设置(注入能量、注入脉冲波形和参数诊断衰减设置等)。注入能量的预测采用基于以往实验数据的放大曲线拟合方法。平顶脉冲的注入波形预测采用循环迭代算法,整形脉冲波形的预测采用增益-通量曲线法。参数诊断衰减设置是通过基于SG99光传输放大模型的全光路模拟计算实现。对原型装置的仿真表明,能量预测偏差在5%以内; 基频光束间能量分散度可控制在10%以内。模型已成为神光-Ⅲ原型装置运行仿真的有效工具。     

高功率激光多程放大器的三维反演方法

针对高功率激光多程放大的三维反演问题,提出了基于修正增益迭代算法结合输入输出积分能量曲线法和基于修正输入脉冲的正向迭代算法。利用这两种方法对有增益分布的四程放大进行数值模拟验证,计算结果表明这两种迭代算法都是有效可行的,都可得到输入脉冲时空分离的三维强度分布。计算所得输出脉冲与需求值基本相同,输出能量的相对偏差小于10~(-7),第一种方法功率波形的相对偏差小于1%,第二种方法功率波形的相对偏差小于10~(-6),很好地解决了由放大饱和效应引起的时空演化畸变。第一种方法主要依靠正逆模型的自洽性,相对直观;第二种迭代算法引入反馈因子,所得结果的精度较高、拓展性强。     

神光-Ⅲ原型装置初步的激光脉冲整形实验

针对物理实验要求的三台阶整形脉冲(脉冲宽度比为1.5 ns:1ns:0.5 ns,幅度比为1:4:16),在神光-Ⅲ原型(TIL)装置上开展了脉冲时间波形整形实验研究。首先,针对发射目标利用激光性能仿真模型预测注入激光系统的激光能量和脉冲波形。然后,在脉冲整形后进行不同功率的激光发射对脉冲波形进一步修正:利用实验测量的频率转换效率修正各光束1ω能量和1ω脉冲波形;通过拟合实验测量的能量数据修正注入激光能量;通过增益-通量曲线修正注入激光脉冲波形。最后,将各束注入脉冲波形再次折中作为脉冲波形调整的最终依据。实验结果表明,对靶面要求的3ω-3 ns-0.5 kJ(单束)的三台阶整形脉冲,8束脉冲波形与要求比较一致;三个台阶的束间瞬时均方根功率不平衡分别约为30%,10%和5%。     

不同宽带脉冲在钕玻璃放大器中的幅频效应

宽带脉冲在钕玻璃放大器中传输时,由于受到增益窄化和增益饱和效应的影响,脉冲频谱将受到调制,从而产生边带丢失或者频谱两侧失衡,进而导致脉冲时间波形产生调制。针对不同的宽带光源模型,数值模拟了放大器输出波形的幅度调制,分析了增益带宽、输入脉冲带宽及增益曲线中心波长相对输入脉冲中心波长的偏差等因素对输出脉冲调制度的影响。结果表明:不同的宽带光源脉冲经过钕玻璃放大器后,均会产生不同程度的幅度调制;啁啾堆积脉冲比正弦相位调制脉冲产生的幅度调制小。     

新型激光玻璃饱和通量的实验研究

 以Frantz-Nodvik公式为基础,用平均通量法,通过测量以一种新型激光玻璃为增益介质的放大器的小信号增益及其输入、输出通量,得出了该激光玻璃在短脉冲下的饱和通量值。同时通过对测试数据的分析,得出了输出通量与饱和通量的经验关系式。     

大口径高通量三倍频研究

为考核神光Ⅱ升级项目三倍频输出能力,以及研究高功率激光驱动器高通量三次谐波转换过程中相关技术问题,在神光Ⅱ第九路上开展了一轮'Ⅰ+Ⅱ’三倍频实验,实验中三倍频最大输出达到2740 J,最大输出能通量达到3.6 J/cm²以上,最大转换效率为~63%;根据实验结果结合理论分析,初步研究了影响效率转换主要参量;在实验中观察到时间相位调制所引起的振幅调制,以及横向受激拉曼散射所引起的破坏. 实验结果有效验证了神光Ⅱ升级的倍频器的相关设计程序和参数,以及神光Ⅱ升级项目的三倍频输出能力. 关键词： 非线性光学 三次谐波转换 高通量 时间相位调制     

激光脉冲前后沿相干叠加对多程放大的影响

针对多程放大过程中激光脉冲经腔镜折返前后沿交叠的问题,建立了激光脉冲在增益介质中前后沿相干叠加放大的物理模型.理论分析表明,脉冲前后沿完全相干叠加形成驻波场,使得反转粒子数出现烧孔效应,影响输出脉冲的增益和波形.基于此物理模型,模拟计算了脉冲在多程放大过程中波形的演化,比较了不交叠、完全非相干叠加和完全相干叠加三种情况下对放大器的增益和对脉冲波形的影响.为高功率固体激光器的设计提供指导.     

多程脉冲激光放大器的宽带放大逆问题研究

宽带放大逆问题对于研究高功率激光系统的放大性能十分重要。将极化强度时域解析法应用于亚纳秒量级的宽带放大研究，通过Gerchberg-Saxton(GS)和遗传算法的混合算法，详细模拟和研究了脉冲激光的宽带放大逆问题，即给定输出脉冲的时间和空间分布，结合放大系统参数，逆向反演注入放大器脉冲的时空波形。极化强度时域解析法应用于宽带放大具有计算耗时少的优点，混合智能算法简化了激光放大器的逆问题模型，加快了逆问题求解的收敛速度。     

F－P滤波窗在半导体光孤子源中的作用

利用光谱窗滤波法对增益开关半导体激光器输出光脉冲消啁啾进行了理论分析，在线性啁啾近似下得到了啁啾光脉冲经Ｆ－Ｐ后的谱宽表达式，给出了经Ｆ－Ｐ后光脉冲的宽度、波形以及自相关测量时的波形因子与Ｆ－Ｐ参数的关系曲线．实验结果与理论分析基本一致．     

F—P滤波窗在半导体光孤子源中的作用

利用光谱窗滤波法对增益开关半导体激光器输出光脉冲消啁啾进行了理论分析，在线性啁啾近似下得到了啁啾光脉冲经Ｆ－Ｐ后的谱宽表达式，给出了经Ｆ－Ｐ后光脉冲的宽度，波形以及自相关测量时的波形因子与Ｆ－Ｐ参数的关和纱曲线，实验结果与理论分析基本一致。     

重复脉冲注入下半导体光放大器皮秒增益和折射率非线性的数值模拟

对重复周期小于载流子寿命的重复脉冲注入的情况，从速率方程出发，用分段模型对半导体光放大器的皮秒增益和折射率非线性进行了数值模拟，给出了重复脉冲注入下输出光脉冲时域波形的畸变、注入光脉冲引起的增益和相位变化，输出光脉冲上的频率啁啾随注入脉冲数增加的变化，以及归零光信号码流引起的增益和相位变化。     

超短脉冲在放大介质中传输特性研究

利用非线性薛定谔方程,详细研究了放大介质的增益窄化和增益饱和效应对超短脉冲在放大介质传输特性的影响,以及传输过程中B积分的影响.在此基础上,对超短脉冲放大系统的逆问题进行了研究,即在给定放大系统参数和满足物理实验要求的输出脉冲波形前提下,求出相应的输入脉冲波形.     

光参量啁啾脉冲放大中时间同步抖动对增益稳定性的影响

 在考虑了光参量啁啾脉冲放大中的脉冲波形、相位失配和时间同步抖动情况下,给出了计算光参量啁啾脉冲放大增益特性更为完善的三波耦合理论模型。并在1 ns的时间同步抖动情况下,对比分析了光参量放大在小信号放大及饱和放大时的增益稳定性。光参量放大的时间同步抖动对增益影响非常大,使放大信号光脉冲的增益光谱发生了明显的偏移,波形不对称和整个增益降低;并且信号光光谱越宽,光参量放大间的时间同步抖动对其增益影响越严重;但随着参量放大增益饱和的出现和加深,信号光和抽运光之间的同步时间抖动对放大信号光的输出强度影响减弱,即在饱和放大处可以获得更稳定的放大信号光输出。     

高功率钕玻璃激光三倍频脉冲时间波形的研究

基于目前国内规模最大的激光驱动器——“神光Ⅱ”八路基频光已经实现功率平衡运行，通过改变其中若干路三倍频系统各调谐量的偏离，对输出三倍频波形进行束与束之间的横向对比研究.研究发现，对于Ⅱ类-Ⅱ类偏振失配三倍频系统，在影响转换效率的三个调谐量中，偏振分配角失配Δθ_p对三倍频波形影响最大；在入射基频功率密度约为1.0GW/cm²情况下，当三倍频系统三个调谐量都处在最佳匹配时，三倍频波形半峰全宽τ最小.研究工作为最终实现“神光Ⅱ”八路光束三倍频功率平衡输出提供了晶体调试 关键词： 三倍频 时间波形 功率平衡     

辐射温度与其驱动Al冲击波速度的定标关系研究

利用一维辐射流体力学程序,对不同脉冲波形的辐射温度与Al中冲击波速度关系进行模拟计算和分析.指出定标公式T_r=0.0126D^0.63主要适用于整形脉冲的辐射温度波形,而对高斯型和方波脉冲激光产生的辐射温度波形则不完全适用,通过计算给出修正的定标公式,且与自相似解得到的结果一致.另外对神光Ⅲ原型装置的整形脉冲辐射温度驱动Al样品冲击波轨迹进行了计算,得到第二个冲击波稳定传播所要求的Al样品的最小厚度.最后利用神光Ⅱ装置产生的辐射驱动冲击波,由修正的定标关系得到的辐射温度与软X射线能谱仪测量的辐射温度十分相符,从实验证实了修正定标关系的可靠性. 关键词： 辐射温度 冲击波速度 定标关系 整形脉冲     

高功率激光整形脉冲波形控制技术

 针对神光-Ⅲ原型装置物理实验要求的三台阶整形脉冲（三个台阶的脉冲宽度比为1.5∶1.0∶0.5,强度比为1∶4∶16,脉冲总能量为500 J）,并根据该装置的系统构成和具备任意脉冲整形技术,开展了高功率激光整形脉冲波形控制技术研究,通过对基频光段的增益饱和效应和三倍频光的频率转换过程的分析,获得了脉冲时间波形在传输、放大及频率转换过程中的一些变化特点,在此基础上建立了一套简单的预测模型。经过反复迭代计算和多次全系统联机实验获得了实验结果,并在物理实验中得到了应用,初步形成了高功率激光整形脉冲波形的控制方法。     

大型激光装置束间同步抖动的高精度测量

在多路激光组合使用的大型激光装置中,需要对不同链路输出的激光进行严格的同步控制,以获得更高能量和更高强度的激光脉冲。介绍了利用光谱干涉方法测量大型激光装置中束间同步抖动的基本原理,分析了光谱仪分辨率、束间固有同步延迟等参数对测量精度的影响。在实验上第一次基于光谱干涉方法获得了国内典型的大型激光装置(神光-Ⅲ原型装置)束间同步抖动数据。实验结果表明,神光Ⅲ原型装置的束间同步抖动优于2ps。该方法与目前常用的方法(光电管结合示波器测试方法或者条纹相机测试法)相比具有更高的精度。实验获得的结果为超高峰值功率激光相干合成技术路线和相关误差控制方案的选取提供依据。     

微通道板动态特性的数值模拟

对皮秒高压脉冲驱动下微通道板中电子的渡越时间特性和增益特性进行了数值模拟,在电压脉冲波形分别为高斯形、三角形和梯形时,得到了电子渡越时间与电压脉冲宽度、幅度的关系曲线。在考虑入射电子为一高斯电子脉冲的情况下,获得了增益曲线的半峰全宽和峰值随脉冲电压幅度、宽度的变化规律。分析结果表明：当微通道板两端所加电压为梯形波时,微通道板中电子的渡越时间特性和增益特性较加三角波和高斯波要好。