中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室，上海 201800
高功率激光装置是一个复杂的有源巨型光学工程，其性能指标要求逼近科学技术与物理极限。驱动器研制有物理设计、工程光学和结构工程设计三大过程，工程光学在其中起着重要作用。高功率激光装置工程光学设计需遵循其特有的设计原则和要点，以保证装置的高性能。根据驱动器设计指标和设计特点，从总体光学设计、光束质量控制以及光束打靶精度控制方面，综述了高功率激光装置工程光学设计中的关键科学技术问题以及相应解决方法，为未来高功率激光驱动器的发展提供必要的工程设计参考。
光学设计 惯性约束聚变 神光装置 工程光学 激光光学
1 上海科技大学物质科学与技术学院, 上海 200120
2 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
3 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
提出一种基于全光纤光谱干涉的多路超短脉冲大动态范围时间同步单次测量方法,弥补了非线性相关法测量同步状态时测量范围小和示波器测量时分辨率差的不足,解决了同步测量中空间光路的复杂性和单次实时测量的难题。首先对多路光纤阵列干涉测量进行仿真计算,然后设计四路脉冲传输的光路并在实验中验证多路同步单次测量方法的可行性,最后详细分析测量误差的来源和影响。该测量方法的最小同步时间精度为5.3 fs,测量范围为1.055~14.751 ps,与仿真结果有较好的一致性。该测量方法具有光纤链路易于集成、光谱干涉数据处理速度快、测量信号能量需求低等优势,在多路超短脉冲激光相干合束系统中有重要应用前景。
测量 同步测量 超短脉冲 光谱干涉 光纤阵列 单次测量 中国激光
2021, 48(16): 1604003
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
由于超短超强激光装置中光谱带宽较宽,使用传统的空间滤波器透镜组扩束会导致装置色差的积累,严重影响终端焦斑的质量。介绍了国内外用于超短超强激光装置中消除色差影响的主要技术与研究进展,对比总结了几种主要方案的优缺点,并提出了一种可动态精确补偿装置色差的方案,经实验验证已应用于实际工程中。最后对色差补偿的发展方向进行了分析与展望。
超快激光 色差 脉冲时间延迟 色差预补偿 激光与光电子学进展
2020, 57(9): 090001
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
等离子体镜是一种有效提升高功率超短脉冲激光信噪比的方法,但在一部分实验中使用等离子体镜后焦斑出现了退化现象。为了定量研究等离子体镜的焦斑退化问题,提出基于等离子体膨胀和衍射传输的时空聚焦多步传输算法,通过光束质量评价函数定量分析等离子体膨胀时间、波前误差幅值和空间频率对焦斑退化的影响。仿真结果表明,等离子体镜引起的远场焦斑退化主要是由等离子体膨胀时间和波前误差引起的等离子体膨胀不均匀所致,其中,等离子体膨胀时间是主导因素。并且波前误差的幅度越大、空间频率越低,对聚焦能力的影响相对越大。从高信噪比、高功率激光系统输出能力的角度考虑,对于使用等离子体镜的高功率超短脉冲激光系统提出时空上的光束质量要求,以避免远场焦斑的退化问题。
超快光学 等离子体镜 等离子体膨胀 波前误差 傅里叶变换
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
高功率超短脉冲激光系统中,空间滤波器透射元件引入的色差会影响系统的聚焦功率密度。针对这一问题,提出一种具备动态调节能力的色差预补偿方案。该方案由正负透镜和反射系统构成共焦像传递系统,能够实现全系统色差的动态精确补偿。基于该方案为神光-II 5 PW(SG-II 5 PW)激光系统设计并搭建了色差预补偿光路。实验结果表明,通过精密调节该单元内部透镜间距能够精确补偿全系统的色差,显著提升系统峰值功率密度。经过色差补偿后,在SG-II 5 PW系统开展质子加速实验,获得了超过16 MeV的质子产额。
激光光学 高功率超短脉冲激光 宽带激光 空间滤波器 色差 传输时间延迟
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理国家实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了提高神光II 5 PW (SGII-5 PW) 超短脉冲激光系统的运行安全性, 针对大能量光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)光束近场分布均匀性问题, 从理论上进行了数值模拟, 并与实验数据进行了对比分析。在1 PW级放大器模拟中, 以预放大器以及神光II大能量抽运脉冲的测量数据为基础, 利用参量耦合波方程组数值模拟方法, 得到了近场填充因子与光通量对比度在光参量放大过程中的演变, 并结合转换效率与输出稳定性进行讨论, 得到了对应于高光束质量、高转换效率与高稳定性的非线性晶体长度优化范围, 结果还表明抽运光对放大后光束均匀性影响较大, 进一步提升神光II第7路光束质量是大幅提升第2级OPCPA (OPCPA-II)光束均匀性的切实途径。
非线性光学 光参量啁啾脉冲放大 非共线相位匹配 填充因子 通量对比度
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理国家实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
分析了空间啁啾对宽带光谱超短脉冲激光系统的影响, 提出了利用波前传感器研究神光II 5 PW (SG-II-5 PW)装置空间啁啾的实验方法。实验中采集了宽光谱超短脉冲激光经过展宽器及多级空间滤波器后的波前特征, 测量了系统光路产生的横向空间啁啾和波前像差中心相对系统光轴的偏移量, 并通过实时调节色散调节器来消除激光装置的空间啁啾。对比分析了横向空间啁啾被消除前后的波前分布, 计算结果表明SG-II-5 PW装置激光光束的聚焦性能和远场能量集中度可得到显著提升。
激光光学 超短脉冲 空间啁啾 波前传感器 宽带光谱脉冲
Author Affiliations
Abstract
1 上海大学理学院物理系, 上海 200444
2 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
The optical parametric chirped pulse amplification (OPCPA) near the 800 nm wavelength has gained significant popularity in the recent years. This can be attributed to the development of laboratory-scale Ndglass lasers with their associated second harmonic generation (SHG), the mature nonlinear crystal growth technology, and the commercialized mode-locked Tisapphire oscillator. In this study, the characteristics of the 808-nm centered broad bandwidth signal OPCPA based on potassium dideuterium phosphate (DKDP) crystals are investigated. The phase mismatch in DKDP crystals for different deuteration levels of 0~99% is studied and a numerical simulation of the high energy optical parameric amplification (OPA) process with the considerations of absorption and several high deuteration levels is presented. Results show that the broadband bandwidth OPCPA at 808 nm can be obtained when the deuteration level is more than 90%.
非线性光学 808 nm 光参量啁啾脉冲放大 氘化率 磷酸二氢钾 相位失配 nonlinear optics 808-nm optical parametric chirped pulse amplificat deuteration potassium dideuterium phosphate phase mismatch Collection Of theses on high power laser and plasma physics
2016, 14(1): 081901
Author Affiliations
Abstract
1 上海大学理学院物理系, 上海 200444
2 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
The optical parametric chirped pulse amplification (OPCPA) near the 800 nm wavelength has gained significant popularity in the recent years. This can be attributed to the development of laboratory-scale Ndglass lasers with their associated second harmonic generation (SHG), the mature nonlinear crystal growth technology, and the commercialized mode-locked Tisapphire oscillator. In this study, the characteristics of the 808-nm centered broad bandwidth signal OPCPA based on potassium dideuterium phosphate (DKDP) crystals are investigated. The phase mismatch in DKDP crystals for different deuteration levels of 0~99% is studied and a numerical simulation of the high energy optical parameric amplification (OPA) process with the considerations of absorption and several high deuteration levels is presented. Results show that the broadband bandwidth OPCPA at 808 nm can be obtained when the deuteration level is more than 90%.
非线性光学 808 nm 光参量啁啾脉冲放大 氘化率 磷酸二氢钾 相位失配 nonlinear optics 808-nm optical parametric chirped pulse amplificat deuteration potassium dideuterium phosphate phase mismatch Collection Of theses on high power laser and plasma physics
2016, 14(1): 081901
Author Affiliations
Abstract
中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室，上海 201800
The non-collinear phase-matching of 808 nm centered optical parametric amplification(OPA) is analyzed in detail in potassium dideuterium phosphate (DKDP) crystal. Phase-matching parameters for various deuteration DKDP crystals are calculated based on the concepts. Optical parametric chirped pulse amplifier(OPCPA) based on 95% deuteration DKDP crystal is designed and the output characteristics are simulated by OPA coupled wave equations for further discuss. It is concluded that DKDP crystals higher than 90% deuteration level can be utilized in ultra-short high power laser systems with compressed pulses broader than 30 fs. The disadvantage is that the acceptance angles are small, increasing the difficulty of engineering regulation.
非线性光学 光参量啁啾脉冲放大 非共线相位匹配 超宽带 氘化磷酸二氢钾 nonlinear optics optical parametric chirped pulse amplification noncollinear phase matching ultrabroadband potassium dideuterium phosphate Collection Of theses on high power laser and plasma physics
2015, 13(1): 1219002
