高功率固体激光装置的发展与工程科学问题

在激光聚变需求牵引下 ,高功率固体激光技术走过了 30多年的发展历程。在世界范围内 ,美、日、法、中、英、俄等国先后建造了 2 0多台大型装置 ,输出能量初期仅百焦耳级 ,后来增大到数万焦耳 ,固体激光技术得到长足发展。近几年来 ,几个大国都在建造巨型激光装置 ,如美国和法国正分别建造国家点火装置NIF和兆焦耳激光器LMJ ,我国在研制神光 -Ⅲ激光装置 ,俄国也在计划建造Iskra - 6激光装置。这一代激光装置的研制不但在科学技术上提出了许多新需求 ,从而把激光科学技术发展推向新的历史阶段 ,而且就其规模、投入、周期和风险而言 ,是前所未有的大光学科学工程。

高功率固体激光器锥形空间滤波孔应用

锥形空间滤波孔是一种应用于高功率固体激光装置空间滤波的新型结构滤波小孔,其内部光滑的锥形结构可以有效滤除光束中的高频成分且避免等离子堵孔现象的发生。根据神光-Ⅲ主机装置结构特点,设计并加工了适用于主机装置的锥形空间滤波小孔,并开展了应用实验研究。通过与传统的平面结构滤波小孔对比可以看出,锥形小孔有效地避免了等离子体度堵孔现象,在与光束波前补偿技术配合使用条件下,保证光束顺利过孔,并成功实现了基频光7988J的满能量输出。

高功率固体激光装置主放大系统隔离技术实验

基于菲涅耳公式,分析了偏振光通过钕玻璃片的透射率及反射率,讨论了高功率固体激光装置离轴光束对隔离性能的影响。根据光轴和小开关晶体晶轴走偏导致的退偏损耗的原理,可以使用开关晶体的姿态去补偿光束旋转误差的退偏损耗。实验结果表明,钕玻璃片小角度变化不影响系统对偏振光选择性通过,并且利用开关晶体来补偿光束旋转误差的退偏损耗能提高系统隔离比3倍以上。

高功率固体激光放大器中增益均匀化研究

针对高功率固体激光放大器中增益分布不均匀的现象,为获得较为均匀的增益分布,提出了分布式泵浦的方法。相对于均匀泵浦,分布式泵浦就是通过设计使得泵浦场具有一定的分布。在总体泵浦功率相同的情况下,分别对均匀泵浦和一定分布的分布式泵浦条件下产生的增益分布进行了模拟计算。结果表明,与均匀泵浦相比,使用分布式泵浦方法获得了较为均匀的增益分布。因此,在高功率固体激光放大器中使用分布式泵浦方法可以提高增益分布的均匀性。

基于并行梯度下降算法模拟高功率固体激光装置的相干合成(英文)

多路光的相干合成是高功率固体激光装置的关键技术之一。基于合成模型,对4组tilt/tip-piston镜采用并行梯度算法,通过模拟计算实现了光束间的位相锁定和相干合成。结果表明有限次算法迭代次数内,相干合成时远场焦斑10μm半径范围内的强度比约为非相干合成时的4倍。基于高频响应驱动器和对应的高速控制算法将有可能实现高功率固体激光装置多路输出光束间的相干合成。

高功率固体激光器喷雾冷却技术

喷雾冷却作为一种解决高功率激光器散热需求的技术得到越来越多的关注。结合近几年的研究工作,综述了喷雾冷却技术的研究现状。针对高功率激光器的散热需求,主要从传热机理、影响因素、温度均匀性方面进行阐述,分析了存在的问题。提出将制冷系统和喷雾系统结合、R600a等制冷剂为冷却剂的冷却方案,设计了气助式制冷喷雾冷却系统,分析了适用于制冷喷雾冷却系统的工质,提出了喷雾冷却技术在高功率固体激光器散热中的发展方向。

星光Ⅱ高功率固体激光驱动器研究的新进展

介绍了星光Ⅱ高功率固体激光驱动器的发展历程和物理实验的进展情况 ,研制了用于开展激光等离子体中电子密度与电子温度精密化诊断的两束探针光系统。阐述了激光装置中新能源系统的模块化设计方法以及新型集中控制系统的最新研究进展情况 ,所用方法和所得结论对高功率固体激光驱动器系统的设计具有一定应用意义。

高功率固体激光器技术研究与应用

论述了高功率固体激光技术发展历程中遇到的各种技术问题及解决方案,对目前高功率固体激光技术的研究热点——光纤激光器、热容激光器、板条激光器、薄片激光器等的技术特点、发展现状及应用前景进行了讨论。

高功率固体激光驱动器的优化设计

扼要介绍了高功率固体激光系统物理设计中的一些基本概念 ,并阐述了系统优化设计的主要方法。针对神光 原型装置的物理设计 ,提出了其能流分布设计优化的判据和设计的限制条件 ,给出了原型装置主放大级的初步优化设计结果。

浅谈AGV转运系统在高功率固体激光装置中的应用

AGV(Automatic Guided Vehicle)转运系统是移动式机器人的一个重要分支,具有高自动化程度、应用灵活、安全可靠、无人操作、施工简单及维护方便等诸多优点,被广泛应用于汽车制造业、烟草行业、工程机械行业、机场等物资运输场所。该文主要从设计要求、基本结构以及关键技术等方面对应用于某高功率固体激光装置中的AGV转运系统进行介绍,为后续相关领域的研究提供了参考。

Textron Systems发展高功率固体激光器

美国Textron Systems公司已与美国国家空间和导弹防御部门和陆军战略司令部签暑了一份合同，其内容是发展高功率固体激光器和论证其在美国军事方面的应用。

高功率固体激光器光学元件位相误差滤波

不同频段的位相误差对输出光束将产生不同的影响，低频段主要影响远场焦斑主斑的能量分布，中高频段影响光的散射或者可能出现的较大的强度峰值调制，高频段影响光的散射，导致能量的损失。研究光学元件引入的位相误差与输出光束之间的定性、定量关系，首先必须对位相误差进行相应的滤波处理，反映光学元件面形的细微误差。

高功率固体激光器洁净工程

随着高功率固体激光器的迅速发展，对激光器的输出能力、稳定性、寿命等都提出了较高的要求。大口径光学元件是激光器的关键元器件，激光器要在高通量下运行需要它具有较高的抗损伤本领。决定光学元件抗损伤能力的因素除材料本身和制造工艺外，另一个重要的因素就是其表面的污染。理论和实验均表明，光学元件表面的污染物会降低抗损伤能力，提高光学元件表面的洁净水平能有效地提高抗损伤能力。

高功率激光装置实现CBET研究所需的四色光输出

2021年8月美国NIF实现了1.3 MJ聚变放能的里程碑,其中,交叉光束能量转移(CBET)是实现该放能的关键要素之一。利用CBET可补偿黑腔腰部驱动、缓解外环背散压力,从而改善黑腔内的驱动对称性,因此掌握和应用CBET技术具有重要意义。国际上目前仅美国开展了CBET所需的四色激光打靶技术研究,国内尚未开展实验研究。在高功率固体激光装置上实现四色光打靶需要解决四色激光产生、传输、放大、幅频效应抑制和高效三倍频等问题。近期,中物院激光聚变研究中心激光技术研究团队通过重构前端系统架构、抑制多色激光工作下的幅频效应、改进主放宽光谱下的增益模型、对三倍频晶体匹配角进行波长跟随等实现了激光装置四色光输出。形成的四色光打靶能力已成功应用于交叉光束能量转移实验研究。

高功率固体激光装置空间滤波器小孔对输出光束质量的影响

为了提高高功率固体激光装置的性能价格比,尽可能地让它在高通量下运行,这就有可能由于非线性自聚焦的原因造成光束质量变差甚至导致光学元件的损伤.改善的方法之一就是利用空间滤波器小孔将非线性增长很快的部分滤掉.考虑实际光路中存在的情况,理论分析了光束纹波的非线性自聚焦效应,结合空间滤波器小孔滤波分析了振幅纹波和位相纹波对光束质量的影响.对不同空间滤波器小孔的大小,利用光束传输程序模拟了这个装置基频光一系列输出光束的光束质量,即光束的近场和远场,并对模拟的结果处理分析.用近场分布的对比度、调制度、PSD分布和远场的焦斑分布对结果进行描述,得到了高功率固体激光器空间滤波器小孔对输出光束质量影响的情况,最终设计了输出空间滤波器小孔的大小.

高功率固体激光器的大口径反射镜装配误差分析

从惯性约束聚变系统高功率固体激光驱动器中具有典型意义的大口径激光传输反射镜的装配结构及其技术精度特点出发,分析了其关键面形误差指标的形成原理,研究了反射镜单元的装配预紧基本力学模型。并在此基础上,进一步针对空间安装状态的反射镜面形无法精密检测难题,提出了"精密检测—数值建模"相综合的面形误差分析与预测方法,以期为我国"神光-III"主机装置大口径反射镜的集成化装校工程提供科学指导方法及有力的技术工具。

高功率固体激光器中大口径光学器件波前误差的建模及控制方法

从惯性约束聚变系统高功率固体激光驱动器中具有典型意义的大口径激光传输反射镜的装配结构及其面形精度特点出发,对其波前误差进行了精细化建模分析,分别研究了粗糙度、纹波度和轮廓度的波前误差模型。在此基础上,进一步针对如何在装校过程中将装配应力产生的波前误差控制在合理范围内的问题,提出了方均根梯度与峰谷值相结合的波前误差评价和控制方法,并通过实验验证了其可行性,以期为我国神光-III主机装置大口径反射镜装校过程中波前误差控制提供科学指导方法。