高功率激光装置光束精密调控性能研究进展

光束精密调控是惯性约束聚变(ICF)研究对激光驱动器的基本需求,它是一项装置层面的系统工程。主要介绍了中国工程物理研究院激光聚变研究中心近年来在靶面光强控制、脉冲波形控制、光束近场控制以及在新型光束探索方面所取得的重要进展。     

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。     

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。     

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%。     

用于脉冲激光精密测距的半导体激光光源

根据脉冲测距基本方程和脉冲激光精密测距系统对精度和距离的要求,推导了半导体激光光源的设计指标。采用数字电路和模拟电路相结合的方式,利用ZTX415的开关特性设计了一款窄脉宽、大电流的半导体激光器驱动电路;采用半圆截面柱透镜组对半导体激光光束进行整形,计算了最佳的光学系统参数,取得了比较好的整形效果。     

用于高功率激光脉冲整形的可编程任意波形电脉冲发生器

研制了一种基于GaAs场效应管与超快脉冲信号微带传输的可编程任意波形发生器.它由计算机控制的多路高准确度偏置电压,多个级联的GaAs场效应管基元电路,以及微带脉冲传输线组成．输出电脉冲波形导入LiNbO3集成光波导调制器,经过电光调制获得相应的激光脉冲波形．通过计算机设置各基d元电路中GaAs场效应管栅极偏压,进而控制整形电脉冲的形状,使高功率激光装置前端时域脉冲整形实现远程控制．     

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。     

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。     

激光聚变研究中心激光技术研究进展北大核心CSCD

介绍了中物院激光聚变研究中心在神光-Ⅲ主机装置建设、大口径高通量验证实验平台研制、神光-Ⅲ原型装置运行与性能提升、支撑激光驱动器建设的精密装校与洁净处理技术和精密光学检测技术、星光-Ⅲ激光装置建设、PW量级全光参量啁啾脉冲放大系统技术以及高功率波导激光技术等方面的主要研究进展情况。     

KrF激光脉冲整形研究

 实验研究了脉冲堆积法对KrF激光的整形能力。利用受激布里渊散射(SBS)压缩脉冲获得了脉宽为3~5 ns的短脉冲，用4束激光堆积获得了脉宽为10~15 ns、平顶宽度为5~10 ns的整形脉冲。利用实测SBS脉冲数据，对脉冲堆积法进行了数值模拟，模拟的脉冲宽度为12.7 ns，平顶宽度为7.7 ns，该结果与实验相符。对脉冲堆积法的任意整形能力进行了模拟，讨论了脉冲宽度变化对整形的影响，发现脉宽变化在5%以内时，对整形脉冲的影响较小。对整形脉冲的放大进行了定性研究，结果表明：平顶脉冲通过放大器后，前沿部分放大较多，由于饱和作用，后沿放大较少；如果前端整形脉冲前沿为斜坡状，放大后可以得到近平顶的脉冲。     

External shaping of laser pulse trains

Two simple passive systems are presented for modifying the gaussian pulse train envelope produce by a dye-mode-locked Nd: YAG laser oscillator. The first system truncates the gaussian to produce a flat-topped envelope; the second system sharpens the envelope to a triangular form. The second system is analyzed as an intensity-dependent filter.     

飞秒激光脉冲整形技术及其应用

通过频域上控制飞秒激光脉冲幅度、相位和偏振在时域上可以获得几乎任意形状的飞秒激光脉冲,这种飞秒激光脉冲整形技术可为研究光与原子分子非线性相互作用提供一种全新实验技术手段.本文介绍飞秒激光脉冲整形发展历史、技术方法、控制方式及其相关应用,并展望飞秒激光脉冲整形技术未来的发展方向.     

高能激光技术进展与面临的挑战

文章分析和比较了几种高能激光器技术发展现状和面临的挑战,以及各自可能适用的范围.特别对二极管抽运固体激光器和光纤激光器的几种束相干合成方法和光束质量评价方法进行了分析和讨论.二极管抽运固体激光器和光纤激光器近十年来异军突起,被人们看作是继化学激光器后的第二代高能激光器.光纤激光器进展要比二极管抽运固体激光器滞后5到10年.对几十万瓦以上的激光器来说,在相当长的时间内仍然要靠化学激光器.     

高能激光技术进展与面临的挑战

文章分析和比较了几种高能激光器技术发展现状和面临的挑战,以及各自可能适用的范围.特别对二极管抽运固体激光器和光纤激光器的几种束相干合成方法和光束质量评价方法进行了分析和讨论.二极管抽运固体激光器和光纤激光器近十年来异军突起,被人们看作是继化学激光器后的第二代高能激光器.光纤激光器进展要比二极管抽运固体激光器滞后5到10年.对几十万瓦以上的激光器来说,在相当长的时间内仍然要靠化学激光器.     

离散汉克尔变换及其在高效激光整形中的应用

发展了离散零阶汉克尔变换并应用到光场均匀化的相位元件设计,结果显示出比二维傅氏变换更为理想和精确.     

Controlled wake field acceleration via laser pulse shaping

We consider the interaction of high-intensity laser pulses with underdense plasmas and address the problem of the excitation of strong and stable wake plasma waves with regular electric fields to provide effective acceleration of charged particles over appreciably long distances. It is known that a relativistically strong laser pulse longer than the wavelength of plasma waves, propagating in a plasma is subject to self-modulation. This may result in a nonstationary behavior of the produced plasma wake field/particle dephasing, and reduced net acceleration. In this paper we present the results of 1(2/2)-D and 2(1/2)-D particle in cell (PIC) simulations which demonstrate that regular wake electric fields may be obtained by a properly shaped laser pulse (sharp steepening of its leading front). These results are relevant to the design of the 100 MeV laser wake field electron acceleration experiment that uses a terawatt picosecond CO₂ laser and is under construction at the Brookhaven Accelerator Test Facility     

高能高功率激光参数测量技术研究

简述了高能高功率激光技术的发展现状及其计量测试需求,介绍了近年来开展的高能高功率激光参数计量测试研究取得的进展,给出激光功率能量、时域参数和空域参数等测量原理和方法。指出了高能高功率激光参数测量面临的主要问题及需要突破的关键技术,包括大动态范围功率能量“无畸变”衰减技术、激光功率能量现场测量技术和功率能量计溯源及后向散射补偿方法等。