技術(shù)文章
Technical articles提高激光裝置安全性,為超短激光保駕護(hù)航
超短激光一般指峰值功率大于1 TW(1 TW = 1012 W),脈沖寬度小于100 fs (10-15 s)的激光,它的出現(xiàn)為人類提供了物理條件與全新實(shí)驗手段。例如,2016年,中科院上海光機(jī)所在國內(nèi)1次成功利用超短激光產(chǎn)生了正電子。
光參量啁啾脈沖放大技術(shù)(OPCPA)是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)超短脈沖放大的重要途徑,目前國內(nèi)外在建的拍瓦級飛秒超短脈沖激光裝置多采用全系統(tǒng)OPCPA技術(shù)路線。其中,用于啁啾脈沖壓縮的大口徑光柵是決定裝置光機(jī)元件負(fù)載能力的關(guān)鍵,若光柵局部輻照能流密度太大,則極易造成區(qū)域損傷,可能引發(fā)后續(xù)光學(xué)元件的膜層損傷。所以,全口徑光束均勻性制約了超短脈沖全系統(tǒng)的整體輸出能力,對裝置運(yùn)行安全性非常重要。
中國科學(xué)院上海光機(jī)所高功率激光物理聯(lián)合實(shí)驗室謝興龍研究員課題組從全系統(tǒng)綜合輸出性能優(yōu)化角度,著重定量分析大能量OPCPA近場分布均勻性的演化,為SGII-5PW激光裝置進(jìn)一步提升運(yùn)行安全性提供優(yōu)化依據(jù),具體研究成果發(fā)表在中國激光第八期。
圖1所示為SGII-5PW激光系統(tǒng)結(jié)構(gòu),全放大鏈路由三級OPCPA組成。OPCPA-I為高增益前端預(yù)放,輸出單脈沖能量為80 mJ,半高全寬光譜寬度60 nm,對應(yīng)的脈寬為1.5 ns。OPCPA-II單元以SG-II裝置第7路的倍頻光作為抽運(yùn)光源,實(shí)現(xiàn)啁啾脈沖放大輸出能量40 J,壓縮脈沖30 J/ 27 fs,峰值功率1 PW。末級OPCPA-III單元將以第9路的倍頻光作為抽運(yùn)光源,目標(biāo)實(shí)現(xiàn)啁啾脈沖放大輸出250 J,壓縮實(shí)現(xiàn)優(yōu)于150 J / 30 fs,峰值功率達(dá)到5 PW。
圖1 SGII-5PW激光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
分析兩種情況下OPCPA輸出均勻性的對比(如圖2),結(jié)合放大過程其他參數(shù),可以得到兩個結(jié)論:
一,在參量放大器結(jié)構(gòu)確定的情況下,當(dāng)前非線性晶體長度19mm,可以同時獲得較高的轉(zhuǎn)換效率、較小的波前相位畸變、優(yōu)化的近場分布均勻性以及較高的輸出穩(wěn)定性;
二,抽運(yùn)光近場分布對參量放大輸出有著更大影響,進(jìn)一步提升神光II第7路光束質(zhì)量,可以大幅度提升OPCPA-II輸出均勻性,對SGII-5PW系統(tǒng)運(yùn)行安全性極為重要。
圖2 理想時空超高斯抽運(yùn)光與實(shí)際信號光作用(a)以及理想時空超高斯信號光與實(shí)際抽運(yùn)光作用(b)情況下,OPCPA-II放大輸出信號FF(實(shí)線)與FBC(虛線)隨晶體長度的變化。
研究人員表示后續(xù)將以拍瓦裝置的OPCPA-III單元第9路的倍頻光作為抽運(yùn)光源,實(shí)現(xiàn)啁啾脈沖放大輸出250J,壓縮實(shí)現(xiàn)優(yōu)于150J/30fs,峰值功率達(dá)到5PW的目標(biāo)。
參考文獻(xiàn): 中國光學(xué)期刊網(wǎng)
您好,可以免費(fèi)咨詢,技術(shù)客服,Daisy
:筱曉(上海)光子技術(shù)有限公司
歡迎大家給我們留言,私信我們會詳細(xì)解答,分享產(chǎn)品鏈接給您。