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高功率钕玻璃激光系统的宽带三倍频技术

导读: 宽带激光的高效率谐波转换是一项具有重要实际意义的研究课题,需要有突破常规的思路及技术去解决这一难题。

  宽带激光既有助于提高大口径(-300 mm)、高能量(-kJ)的钕玻璃激光驱动器自身的综合性能,如避免大口径元件的破坏、改善光束质量、提高放大器的储能的提取效率等;也有助于提高物理实验的综合效果,激光的宽频带有利于提高靶丸目标对激光的有效吸收,获得更高的靶丸压缩比;有助于抑制激光一等离子作用中有害的超热电子的产生等,从而提升高能量密度物理实验的成功率。用于惯性约束聚变的高功率激光驱动器今后的一个重要发展趋势是采用宽带激光脉冲进行传输和放大。 钕玻璃激光的三倍频成分是用于惯性约束核聚变的理想波段,受非线性KDP晶体色散特性的影响,高效钕玻璃激光脉冲的三倍频仅限于于单纵模的窄带情况。高效率的三倍频转换成为宽带激光驱动器技术发展中少数几个核心难题之 一。长期以来,国内外从事钕玻璃激光驱动器的专业单位先后尝试了许多实现宽带三倍频的思想和技术,但都存在技术复杂或支持带宽不够等不足。因此,宽带激光的高效率谐波转换是一项具有重要实际意义的研究课题,需要有突破常规的思路及技术去解决这一难题。

  有专家提出了一种新颖的宽带激光三倍频技术方案:指出可以利用传统的窄线宽钕玻璃激光来推动宽带钕玻璃激光脉冲的高效三倍频产生,称为组合激光工作模式(宽带激光+窄带激光)的宽带三倍频方案;该方案无需应用大口径光栅等色散元件,并可以与目前使用成熟的双和频晶体方案结合。可以支持目前钕玻璃激光装置能达到的最大带宽-5 nm的高效三倍频(理论上效率-80%),有望突破宽带型钕玻璃激光驱动器发展的技术瓶颈。

  另外,专家提出的组合激光工作模式也为超短脉冲激光的高效谐波转换提供了新的思路。 主要内容和创新点如下:

  一、提出了利用窄线宽的钕玻璃激光脉冲与宽带钕玻璃激光脉冲组合进行频率转换,高效得到紫外波段的宽带激光脉冲的三倍频技术方案。研究发现,利用窄线宽的激光脉冲可以减缓宽带激光谐波转换过程中群速度失配对效率的限制,从而提高宽带激光的三倍频转换效率。在小信号情况下分别通过数学推导和数值模拟研究了其相位匹配带宽的性质,证实了与窄线宽激光有关的群速度失配不影响转换过程的相位匹配带宽。

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