基于空间分辨法分析时间低相干光自聚焦效应

时间低相干光由于其瞬时宽带的物理特性,在激光惯性约束聚变中得到了广泛的关注.然而其复杂的时间尖峰结构或将诱导非线性自聚焦效应的放大.同时,传统的非线性自聚焦特征数值的测试方法中,多数材料的表面损伤先于体内自聚焦成丝损伤发生,这为对比不同激光的非线性效应带来巨大影响.本文利用短焦距透镜对熔石英进行紧聚焦,通过调节入射激光能量,在避免前表面损伤的前提下,诱导熔石英产生自聚焦成丝损伤.随后通过理论计算对光束在样品体内传输过程的光斑变化进行空间分辨处理,并得到对应细分位置的非线性数值.最终将各个位置对应的非线性相位变化值进行积分,得到前表面无损条件下材料的非线性自聚焦特征数值.测试结果表明时间低相干光的非线性自聚焦效应比传统单模脉冲激光更强.本文不仅设计了一套更加精确的对比不同激光非线性效应的测试方法,同时也探明了时间相干性对于非线性自聚焦效应的影响机制,为高功率时间低相干激光器的设计提供理论依据和参考.

幅度调制器对宽带低相干光时频特性的影响

通过改变马赫-曾德干涉型幅度调制器的射频系数和偏置电压,调制光脉冲的强度。研究了幅度调制器对宽带低相干光时频特性影响的规律,分析调制后的光脉冲时域波形分布、光谱和复相干度模值曲线,结果表明,射频系数对光脉冲的光谱成分和时间相干性无明显的调制,射频系数存在最佳工作区间使得输出光脉冲的波形保真度最佳。当偏置电压处于半波电压时,光脉冲的时域波形保真度最好,时间相干性最低,但光谱成分会缺失。理论仿真了调制器的臂长差、偏置电压对宽带低相干光频域特性的影响,与由实测光谱计算出调制器的臂长差,实验结果进行了对比,结果基本符合。由于实际的电光重叠积分因子随加载电压值变化,因而模拟与实测结果存在误差,但研究得出的规律将为低相干脉冲精密整形系统提供更为明确的方向。

基于低相干光的阵列透镜束匀滑技术研究

基于激光加载的材料状态方程的实验研究对靶面光强分布的均匀性及稳定性提出了极高的要求,靶面光强的上述两大特性在很大程度上决定了实验结果的精度和可重复性.本文针对传统窄带高相干激光装置在激光加载材料状态方程实验中表现出的靶面光强均匀性和光强分布稳定性两方面可能存在的问题,提出了基于宽带低相干激光,利用消衍射阵列透镜联合诱导非相干技术的束匀滑方案,并重点分析了波前相位畸变对靶面不均匀性及稳定性的影响.模拟结果表明,该方法明显降低了靶面不均匀性,提高了对波前相位畸变的包容度,获得了均匀、稳定的光强分布.统计分析显示,焦斑强度分布极差和不均匀性与波前相位畸变均方根梯度相关性较强.因此,可以根据统计结果以及实验对焦斑强度分布的要求,给出波前相位畸变的容差范围,对状态方程实验中激光驱动器参数的设计与优化具有指导意义.

高功率激光驱动器光束匀滑技术研究(特邀)

激光驱动惯性约束聚变的打靶过程中,光场不同空间频率的不均匀性会引起内爆的流体力学不稳定性、印痕效应和激光等离子体不稳定性。这些不稳定过程将最终影响内爆压缩倍率,从而影响到点火。为了控制焦斑不均匀性进而抑制不稳定过程,人们提出了束匀滑技术:通过光场调控控制焦斑分布特性,进而控制束靶耦合过程。束匀滑可分为空间域匀滑和时间域匀滑。空间域匀滑通过控制波前形态获得平整的焦斑包络,降低低频不均匀性。时间域匀滑通过控制光束的相干性减弱激光焦斑中的散斑,进而减弱中高频不均匀性。随着抑制更高激光功率密度条件下激光等离子体相互作用的需求愈发紧迫,涌现出一些新型的束匀滑方法。文中介绍了束匀滑技术在大型激光装置上的使用情况,并对目前提出的各种束匀滑技术进行了总结和分析。

高功率钕玻璃激光系统低时间相干光频率转换技术研究进展

低时间相干脉冲可有效提高激光与等离子相互作用中参量不稳定性的阈值,但高效频率转换难题是实现其工程应用瓶颈之一。系统分析了高功率激光驱动器已有的各类低时间相干脉冲频率转换技术的特性,并基于数值模拟和实验分析了部分掺氘DKDP晶体用于超辐射光倍频、三倍频的特性与工程应用可行性,结果表明掺氘17%左右DKDP晶体可以提高钕玻璃系统超辐射光的倍频效率,理论转换效率可达到约80%,10%梯度掺氘DKDP晶体则可实现5 THz带宽三倍频输出。

kJ级宽带低相干激光驱动装置

激光等离子体相互作用的不稳定性将有望通过降低高功率激光装置输出光束的相干性得到大幅缓解。利用低相干光源作为种子源,采用钕玻璃放大介质,研制成功国际首台kJ级大带宽低相干激光装置,实现了带宽13 nm、能量960 J、脉宽3~10 ns可调,相干时间仅为300 fs的大能量光脉冲输出。输出脉冲光谱匀滑无纵模结构,且谱相位随机分布,可实现脉冲波形和光谱分布的无关联精密调控。该装置不仅成功演示验证了低相干激光驱动器的单元技术及系统集成技术,同时也为激光等离子体相互作用及高能量密度物理研究提供了全新的实验研究平台。

宽带低相干光单次时间相干性测量研究

传统测量光束时间相干性的方法是通过机械扫描的方式实现的,这种方法不能够实现单次测量,而且对于相干时间较短的宽带光测量误差较大。本文提出了一种单次时间相干性测量的新方法,通过给迈克尔逊干涉仪的反射镜引入楔角,使光束波前产生随位置变化的延迟差,可从单次测量的一幅干涉图中计算提取出光场完整的时间相干性信息。实验中测量了不同宽带入射光的时间相干性,均与理论结果吻合较好。单次时间相干性测量的方法将为高功率宽带激光装置提供更为方便的时间相干性测量手段,提高实验测量效率。

近红外波段宽带时间低相干光参量放大技术

在激光驱动惯性约束核聚变研究中,具有宽带、低相干特性的时间低相干光源将有望降低激光与等离子体相互作用的不稳定性,成为新一代激光驱动装置的有力竞争者。实现高功率低相干光放大输出是低相干光驱动器能否应用于惯性约束聚变领域的核心。光参量放大具有大带宽、高增益、无热效应等优势,可避免能级型放大介质的光谱窄化问题,是实现宽带低相干光放大的有效方案。系统阐述了宽带时间低相干光参量放大技术的原理和技术特性,并基于实验验证了采用非共线相位匹配的近红外波段宽带时间低相干光级联参量放大过程,最终实现7×10^(7)的放大增益和13.19%的转换效率。

紧凑型光谱组束系统中光纤阵列扰动对光束质量的影响分析

定量分析光纤阵列位移及指向扰动偏差对合束激光光束质量因子M^(2)的影响规律是实现合束激光光束质量有效控制的前提。根据衍射积分推导了紧凑型光谱组束系统中光纤阵列存在不同位移、指向扰动时合束激光的远场光强分布,利用Heisenberg不确定性原理推导出了合束激光光束质量因子M^(2)的表达式。在恒定的子束数目下,分析了单路/多路光束分别存在位移、指向扰动偏差时合束激光光束质量因子M^(2)的变化情况,并在一定的随机位移、指向扰动偏差下对不同子束数量的合束激光的光束质量因子M^(2)进行了误差分析。结果显示:合束激光光束质量因子M^(2)对沿光纤端面水平(x轴)方向的扰动量最为敏感,需要控制在微米量级;确定了光纤阵列的不同扰动量与合束激光光束质量因子M^(2)之间的定量关系,给出了光纤阵列位移、指向精度控制要求;当参与合束的子束数量超过23束时,在特定的随机扰动量下,合束激光的光束质量因子M^(2)的统计均值分别趋向各自的稳定值1.37、1.34、1.25,而标准差分别趋于0.05、0.06、0.04。

1053-nm all-fiber pulse multi-pass stretcher using a linear chirped fiber Bragg grating

An all-fiber optical laser pulse multi-pass stretcher using a chirped fiber Bragg grating (CFBG) is demonstrated. Pulses from a 1 053-nm mode-locked fiber seed oscillator are stretched by multiple passing through a chirped fiber grating set in a fiber regenerative amplifier structure. We stretch the pulse from 16 ps to 1.855 ns after it transmits seven loops in the stretcher. The main factors that affect the stretching results are discussed.