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《采用混合玻璃配置提高高功率激光裝置短脈沖輸出能力》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、!第!"卷!第#期強(qiáng)激光與粒子束$%&’!"!(%’#!!)**+年#月,-.,/0123456235(7/538-942:25;65<=’!)**+!文章編號(hào)!!!**!>#?))")**+#*#>*+!@>*+采用混合玻璃配置提高高功率激光裝置短脈沖輸出能力"楊!菁!!)!!張小民)!!王文義)!!粟敬欽)!!景!峰)!胡東霞)!!袁!靜)!!師智全)!!張!銳)"!!山東大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院!山東濟(jì)南)+*!**$)!中國工程物理研究院激光聚變研究中心!四川綿陽A)!B**#!!摘!要!!在分析不
2、同基質(zhì)材料激光特性的基礎(chǔ)上!結(jié)合釹玻璃放大系統(tǒng)的增益特性和!!分布特性!提出了在高功率激光裝置的主放大級(jí)中!混合使用高增益激光玻璃和低非線性折射率玻璃的新思路!以期在降低非線性折射率的基礎(chǔ)上提高激光裝置在短脈沖的輸出能力%用光傳輸程序模擬計(jì)算所得結(jié)果表明該方案能有效提高系統(tǒng)輸出能力%在!CD時(shí)!激光系統(tǒng)最大能量輸出有?*E"#*E增長(zhǎng)%!!關(guān)鍵詞!!高功率激光裝置$!能量增益$!數(shù)值模擬$!激光玻璃$!非線性折射率!!中圖分類號(hào)!!8()#@’!!!!!文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼!!5!!作為慣性約束聚變"-9F#驅(qū)動(dòng)器
3、的高功率固體激光裝置一直朝著超高功率&超大能量的方向發(fā)展!裝置規(guī)模隨之越來越龐大!出現(xiàn)了以(-F為代表的新一代巨型高功率固體激光裝置%為了追求裝置的經(jīng)濟(jì)性能!在系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中要考慮一項(xiàng)重要設(shè)計(jì)指標(biāo)’’’系統(tǒng)輸出性能的可擴(kuò)展能力!即在脈寬為設(shè)計(jì)點(diǎn)處系統(tǒng)性能優(yōu)化的基礎(chǔ)上!兼顧其他脈寬的系統(tǒng)輸出能力!使裝置滿足不同物理需求%!!不同的輸入脈寬給激光裝置設(shè)計(jì)帶來很大差異和不同的優(yōu)化重點(diǎn)%當(dāng)脈沖寬度為數(shù)納秒或更長(zhǎng)時(shí)!輸出能力受裝置的增益能力限制!裝置屬于能量受限型$脈沖寬度為納秒或更短時(shí)!光學(xué)介質(zhì)非線性效應(yīng)將引起自
4、(!)聚焦造成破壞!裝置屬于功率受限型%這兩種類型的系統(tǒng)輸出能力相差很大!以(-F為例!其首要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)聚變點(diǎn)火!需要主脈沖為數(shù)納秒的整形脈沖!因而按能量受限型優(yōu)化!以總體輸出!’@;G*+CD為優(yōu)化目標(biāo)$而用于高溫等離子體物理研究時(shí)!在!CD脈沖高峰值功率狀態(tài)運(yùn)行!只能輸出*’"?;G的能量%系統(tǒng)在短脈沖時(shí)輸出能力相對(duì)很低!從設(shè)計(jì)角度看!裝置無法在兩種脈寬下都處于優(yōu)化工作狀態(tài)%!!為了提高高功率激光裝置在短脈沖的輸出能力!縮小長(zhǎng)&短脈沖輸出能力的差距!有效方法即采用低非線性折射率"的激光玻璃!降低!積分
5、效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)輸出能力的約束%但低"玻璃受激發(fā)射截面相對(duì)不大!增益))性能并不占優(yōu)%)*世紀(jì)"*年代!美國利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室"44(4#曾結(jié)合增益和非線性特性提出在放大器后級(jí)采用低"氟磷酸鹽玻璃的思路!但當(dāng)時(shí)氟磷酸鹽玻璃中相當(dāng)高的鉑金含量及在激光損傷方面存在的問題很快被)排除在高功率激光系統(tǒng)的應(yīng)用之外%現(xiàn)今激光材料工藝水平的提高有望解決這些問題%本文在分析不同基質(zhì)材料激光特性的基礎(chǔ)上!結(jié)合釹玻璃放大器各段的增益和!!分布特性!詳細(xì)分析計(jì)算了混合玻璃配置的理論可行性%此方案為激光介質(zhì)材料優(yōu)化乃至激光裝置系統(tǒng)優(yōu)化提供
6、了一條可行的新思路%"!高功率激光裝置對(duì)激光材料性能的要求!!釹玻璃固體激光裝置是目前國際上普遍使用的-9F驅(qū)動(dòng)器%釹玻璃放大片是裝置的關(guān)鍵元器件!其基質(zhì)材料的主要光譜和光學(xué)參數(shù)!如非線性折射率"&受激發(fā)射截面!和熒光壽命"等對(duì)系統(tǒng)輸出能力影響很大!)())其中參數(shù)"和!屬于本征參數(shù)范疇%)!!介質(zhì)非線性折射率")引起的自聚焦效應(yīng)會(huì)極大地影響光束質(zhì)量!甚至造成激光材料的損傷!從而限制短脈沖條件下高功率激光裝置功率密度的提高%在激光放大器中自聚焦效應(yīng)常用!積分來表征%!積分是光"收稿日期!)**#>!*>!
7、B$!!修訂日期!)**#>!)>)!基金項(xiàng)目!國家@A?計(jì)劃項(xiàng)目資助課題作者簡(jiǎn)介!楊!菁"!B"+’#!女!博士研究生!從事高功率激光器設(shè)計(jì)優(yōu)化及評(píng)估的研究$綿陽B!B>B@@信箱%第&期楊"菁等&采用混合玻璃配置提高高功率激光裝置短脈沖輸出能力C’F""#!程長(zhǎng)度方向累積的非線性相位延遲!數(shù)學(xué)表達(dá)式為#(#!&!&#’’$!""$$%%%%!"""$’%!!$&$(式中&"為非線性折射率系數(shù)’$$%%是激光功率密度’&是介質(zhì)的線性折射率(由公式可看出!!積分與非線性$折射率&成正比(降低&可有效減小!
8、積分效應(yīng)對(duì)輸出能力的約束!提高系統(tǒng)輸出能力(降低&是高功率###激光裝置對(duì)材料的主要要求之一(""對(duì)于激光材料!增益系數(shù)也尤為重要(增益介質(zhì)的受激發(fā)射截面#直接影響小信號(hào)增益系數(shù)!對(duì)輸出能量"&#影響較大!#的增大將顯著增加輸出能量(""由以上分析可知!最好的激光材料應(yīng)同時(shí)具有低&#和高#(表’列出一些典型的釹玻璃基質(zhì)材料的特性(磷酸鹽玻璃的受激發(fā)射截面#相對(duì)較高!是目前高功率激光裝置普遍使用的基質(zhì)材料’氟磷酸鹽)氟鈹酸鹽等玻
