1 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室，上海 201800
2 上海科技大学物质科学与技术学院，上海 201210
聚焦光场强度是超强超短激光与物质相互作用实验中最为核心的技术指标之一。本文提出了10 PW激光系统在真空条件下聚焦光场的参数测量方案，解决了终端物理靶场在真空环境中难以实现激光参数准确测量的难题。该方案通过平场消色差物镜和大口径光学器件优化设计，降低了取样测量系统引入的色差和单色像差。利用理想光源对取样测量系统进行标定，结果显示，该系统引入的波前畸变峰谷值（PV值）为0.106 μm，均方根值（RMS值）为0.016 μm，接近测量仪器的最小极限值，对主激光测量误差的影响可以忽略。同时，取样测量系统实现了终端变形镜与波前探测器的严格物像共轭关系，保证了自适应光学系统波前校正效果最优。通过对比空气条件和真空条件下的波前和焦斑测量结果，验证了取样测量系统的有效性。在真空条件下，利用该取样测量系统对激光脉冲进行波前、焦斑测量和优化，获得了接近衍射极限的聚焦焦斑。2.7 PW激光脉冲经焦距为2000 mm的离轴抛物面镜聚焦后，聚焦光强可达到4×1021 W/cm2，能为物理实验提供极端的物理条件。
激光光学 超快激光 10 PW激光系统 焦场 波前校正 中国激光
2023, 50(19): 1901001
1 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 上海科技大学, 上海 201210
基于超强超短激光装置泵浦源系统中搭建的百焦耳级钕玻璃激光器,实验分别测量了该钕玻璃激光器在一分钟一发、两分钟一发、三分钟一发的重复频率条件下工作的热致波前畸变。通过采集激光波前信息反映出受热效应影响大小,通过分析实验结果最终确定了百焦耳级钕玻璃激光器能够稳定工作的重复频率。目前该钕玻璃激光器能够在三分钟一发的重复频率条件下稳定输出波长为526.5 nm、能量约为100 J的高光束质量激光脉冲,输出光斑能量呈近平顶分布。最终由多台百焦耳级钕玻璃激光器组成的泵浦源系统能够稳定输出泵浦光并成功地应用于泵浦SULF 10 PW终端钛宝石主放大器。
激光器 放大器 高能量 钕玻璃棒 泵浦源
1 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 上海科技大学, 上海 201210
基于上海超强超短激光装置(SULF),选取各分系统关键节点进行波前测量,分析波前畸变的起源、演变及原因,并讨论了光学器件安装应力与钛宝石晶体质量对波前的影响。结果表明,激光波前畸变值随着大口径光学器件数量的增多而增大,光学镜片的面形加工误差、安装调试误差是影响钛宝石激光放大器中波前畸变的重要因素,对激光的聚焦性能有较大影响。对激光系统波前的测量有利于优化与控制整个系统的波前畸变,从而有助于提升光束质量和聚焦功率密度。
激光器 拍瓦系统 波前演变 焦斑 钛宝石
1 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 上海科技大学, 上海 201210
研制了一套能量输出稳定、光斑分布均匀、时域近方波形的四路钕玻璃抽运源系统。系统能够输出4×180 J的基频能量(波长为1053 nm)，4×80 J的倍频能量(波长为526.5 nm)。主要结构包括四部分：前端种子源、再生放大器、钕玻璃棒放链和KDP倍频晶体。利用偏振片实现了垂直偏振的两路基频光合束，经过第二类相位匹配KDP晶体倍频，获得了共线且同偏振的526.5 nm倍频光，实现了用于150 mm口径钛宝石放大器的结构紧凑的双脉冲抽运源。
激光器 放大器 抽运源 钕玻璃 大口径钛宝石 时域双脉冲
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of High Field Laser Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Key Laboratory of Materials for High Power Laser, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
3 University of Chinese Academy of Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
A Ti:sapphire crystal with a diameter of 235 mm and thickness of 72 mm was grown by the heat exchange method (HEM). The absorption intensity of the crystal at 532 nm averaged at 91%. The figures of merit (FOMs) at different positions of the crystal were measured and the FOM value in the central region was found to reach 90. The transmittance laser beam was intact with no obvious distortions and had only a small deformation compared with the incident laser beam. A small-signal amplification experiment was performed on the Ti:sapphire crystal and a gain of more than 6 times was achieved with a pump energy density of 1.98 J/cm2. These tests indicate that the 235 mm Ti:sapphire crystal has excellent optical qualities and will further improve the energy output of a 10 PW laser system.
140.3280 Laser amplifiers 140.3590 Lasers, titanium 140.5560 Pumping Chinese Optics Letters
2018, 16(7): 071401
Author Affiliations
Abstract
1 Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 ShanghaiTech University, Shanghai 200120, China
3 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China
We research some properties of parasitic lasing (PL) in the Ti:sapphire chirped pulse amplifier with the crystal diameter of 100 mm. The evolutionary process from the spontaneous emission to the PL and its influence on amplified output energy, spectrum, and beam profile are experimentally measured. The threshold of PL in the crystal is 22 J, and the output signal can still keep rising with the pump when the pump energy is below 38 J. The PL has no obvious impact on the output spectrum and beam profile besides the energy.
140.3280 Laser amplifiers 140.3590 Lasers, titanium 140.5560 Pumping Chinese Optics Letters
2017, 15(6): 061401
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of High Field Laser Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100049, China
3 Key Laboratory of Materials for High Power Laser, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
We experimentally compare the output abilities of lightly and heavily doped Ti:Sapphire (Ti:S) amplifiers with diameters as large as 150 mm. Although a lightly doped Ti:S is more favorable to overcome parasitic lasing (PL) and transverse amplified spontaneous emission (TASE), the self-phase-modulation (SPM) effect becomes more pronounced when a longer crystal is used. Recompression of the amplified, stretched pulses can be seriously affected by the SPM effect. We then propose a temporal multi-pulse pump scheme to suppress PL and TASE in a thin, heavily doped Ti:S crystal. This novel temporal multi-pulse pump technique can find potential applications in 10 PW chirped-pulse amplification laser systems.
140.3280 Laser amplifiers 140.3590 Lasers, titanium 140.5560 Pumping Chinese Optics Letters
2017, 15(9): 091401
中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室, 上海 201800
基于蒙特卡罗光线追迹法，进一步研究了钕玻璃片状放大器三维空间聚光腔抽运分布的数值模拟。并且，结合氙灯的充放电回路及辐射光谱、放大自发辐射、以及激光脉冲受激辐射放大等相关数值计算模块，实现了片状钕玻璃放大器由储能至放大的整个过程的动态数值仿真。基于该数值模拟结果，设计研制的钕玻璃片状放大器已用于5 PW钛宝石啁啾脉冲放大器的抽运源中，其实验输出结果与数值计算结果基本一致。
激光器 片状放大器 光线追迹 钕玻璃 受激辐射放大 中国激光
2016, 43(12): 1201006
1 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
主要通过理论和实验研究相位匹配角和非共线角对三硼酸钙钇(YCOB)晶体光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)的放大光谱产生的影响。理论上，通过数值模拟计算发现，基于YCOB-OPCPA的放大光谱对相位匹配角和非共线角的变化均比较敏感，当相位匹配角或非共线角有微小变化时，增益光谱将会出现中心波段漂移和窄化现象，但当非共线角在2.80°~2.91°之间变化时，总能找到一个理想的相位匹配角与之匹配，满足带宽大于80 nm的宽带OPCPA放大。为了获得高效率宽带OPCPA放大输出，提出一种基于高精密CCD的非共线角的测量方法，并利用该方法在实验中研究了不同非共线角下YCOB晶体OPCPA的光谱增益特性，并获得宽带放大光谱，为单次OPCPA调试实验提供参考。
超快光学 三硼酸钙钇晶体 光参量啁啾脉冲放大 非共线角 相位匹配
