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上海光機(jī)所“神光Ⅱ”飛秒拍瓦級(jí)激光裝置研究取得新進(jìn)展

johnny 來(lái)源:上海光機(jī)所2018-04-11 我要評(píng)論(0 )   

 上海光機(jī)所高功率激光物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室依托神光Ⅱ系列裝置提供的高效泵浦源,采用全光參量啁啾脈沖放大(OPCPA)技術(shù),經(jīng)過(guò)三級(jí)O

  上海光機(jī)所高功率激光物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室依托“神光”系列裝置提供的高效泵浦源,采用全光參量啁啾脈沖放大(OPCPA)技術(shù),經(jīng)過(guò)三級(jí)OPCPA放大器,實(shí)現(xiàn)150J/30fs的到靶激光脈沖輸出。歷時(shí)三年的攻關(guān)研制,前兩級(jí)的OPCPA已達(dá)到1.76PW的輸出。20182月,裝置完成第二階段驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),物理打靶成功率達(dá)到88.8%。 

  飛秒拍瓦級(jí)激光裝置是強(qiáng)場(chǎng)物理等前沿基礎(chǔ)研究的重要手段,國(guó)際上多個(gè)國(guó)家和地區(qū)都開展了該類大型超短脈沖激光裝置的研制。該類激光裝置的輸出性能有別于其他類型的激光裝置,即要在焦點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)拍瓦級(jí)聚焦功率密度,對(duì)于激光輸出的時(shí)空特性、光束指向性等具有極高要求。“神光Ⅱ”飛秒拍瓦級(jí)激光裝置攻關(guān)計(jì)劃分為兩個(gè)階段:一是激光拍瓦級(jí)輸出和驗(yàn)證,二是綜合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,提升拍瓦輸出的穩(wěn)定可控,以便滿足裝置的實(shí)用性需要。該裝置將成為神光Ⅱ裝置多功能、多種脈沖組合打靶的綜合性激光物理平臺(tái)的有機(jī)組成部分。

  第二階段的實(shí)驗(yàn)圍繞裝置穩(wěn)定提供物理實(shí)驗(yàn)這一核心目標(biāo),著力解決第一階段聯(lián)機(jī)實(shí)驗(yàn)中暴露的問(wèn)題,系統(tǒng)總體與單元性能方面獲得了顯著提升,在現(xiàn)有泵浦參數(shù)與同步控制精度不變的情況下,通過(guò)優(yōu)化OPCPAI晶體參數(shù)與匹配結(jié)構(gòu),在輸出能量、轉(zhuǎn)換效率、穩(wěn)定性與光束質(zhì)量方面得到顯著提升,轉(zhuǎn)換效率42.8%,穩(wěn)定性達(dá)到1.67%RMS;OPCPAII通過(guò)優(yōu)化泵浦光的有效光束口徑與能量填充度,光束口徑增加11%,最大可輸出40.7J能量, 轉(zhuǎn)換效率高達(dá)41.9%,為當(dāng)前報(bào)道大口徑OPCPA的最高轉(zhuǎn)換效率。在終端調(diào)靶方面,增加了真空中的監(jiān)控手段,大大提高了調(diào)靶的精度與復(fù)位精度,結(jié)合自適應(yīng)光學(xué)閉環(huán)控制,降低了系統(tǒng)的剩余殘差,808nm波長(zhǎng)上獲得靜態(tài)聚焦焦斑直徑由原來(lái)的10μm 減小到4.4μm。在聚焦能力方面,由于系統(tǒng)各部分的優(yōu)化,系統(tǒng)輸出的能量更加穩(wěn)定可控,焦斑更?。荒芰考卸蕊@著提升,使該激光裝置在二級(jí)OPCPA的半能量輸出條件下,實(shí)現(xiàn)1020W/cm2量級(jí)聚焦功率密度下的穩(wěn)定輸出。(高功率激光物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室供稿) 

圖1.OPCPAI放大后的近場(chǎng)和光譜圖

圖2.輸出光近場(chǎng)波前與聚焦焦斑圖

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飛秒拍瓦激光器激光裝置
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