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100J纳秒脉冲DPSSL用于高重频拍瓦激光系统泵浦源

发布时间: 2017-08-10 16:08:11   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:

  高能拍瓦激光系统能够产生能量高达千焦量的激光脉冲,是研究激光等离子体产生粒子加速、高强度X射线产生实验等高能物理的主要工具之一。 

  目前,拍瓦级激光系统依赖闪光灯泵浦技术。由于闪光灯光谱与增益介质吸收谱之间存在严重失配,导致重复频率和能量效率较低。这将限制激光等离子体产生的实际应用。近年来,科学家针对如何克服闪光灯技术瓶颈展开了研究并取得了可观的成果。其中,二极管泵浦固体激光器(DPSSL)技术是一种有前途的变更手段,利用这种技术可以对高重频纳秒激光脉冲进行性高效放大。DiPOLE项目设计了一种基于低温风冷技术的高能DPSSL架构,并将其成功应用于两台激光装置中。 

  DiPOLE是CLATA提出的一种低温放大概念,它是基于二极管泵浦的低温冷却多块板放大器架构。在DiPOLE架构中利用Yb:YAG作为增益介质。 Yb3+离子有荧光寿命长、吸收截面大以及量子缺点低等优点;YAG玻璃具有良好的热光性能和热机性能并能制成相对大口径的类陶瓷形状。包层区用来吸收放大自发辐射(ASE)从而避免上能级耗散。DiPOLE100系统中Yb:YAG增益介质以及装置示意图如图11所示。 

  

  图11  DiPOLE100系统的Yb:YAG增益介质(左);装置示意图(右)

  DiPOLE100是在DiPOLE概念的基础上研制的规模更大的激光系统。该系统工作波长1030nm,脉宽可在2ns-10ns内任意调谐,输出能量100J,并可在10KHz重复频率以内工作。能量10J的低温预放系统和能量100J的低温放大系统均是基于DiPOLE架构。DiPOLE100系统结构如图12所示: 

  

  图12 DiPOLE100系统3D结构示意图

  高能量DPSSL系统最有前途的应用是作为基于钛宝石和OPCPA的拍瓦激光系统的高重频泵浦源。在DiPOLE100系统中,重频10Hz、能量6.25J的基频波经过LBO晶体按I类相位匹配方式进行倍频,获得能量5.6J的倍频光,倍频效率高达82%,能量稳定性优于0.7 %。该实验结果验证了DiPOLE100系统作为拍瓦装置泵浦源的可靠性。由DiPOLE100系统泵浦的拍瓦级钛宝石激光系统框图如图13所示。 

  

  图13 由DiPOLE100泵浦的拍瓦级钛宝石激光系统框图

  DiPOLE概念的正确性由能量10J 、重频10Hz的DiPOLE原型机验证。与此同时,二次谐波产生实验验证了DiPOLE系统作为拍瓦激光泵浦源的可靠性,不论是对钛宝石系统还是OPCPA系统来说。DiPOLE概念的提出将有力推动高效高重频粒子加速以及激光驱动辐射源(X射线,g射线)产生的研究。 

  自若编译自: http://proceedings.spiedigitallibrary.org/proceeding.aspx?articleid=2605679&resultClick=1 

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