1 1.中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 绵阳 621900
2 2.中国建筑材料科学研究总院有限公司 绿色建筑材料国家重点实验室, 北京 100024
激光诱导损伤是导致熔石英真空光学元件突发破裂的根本原因。本工作采用神光-Ⅲ原型装置终端光学组件的熔石英真空光学元件制作了标准样品, 统计分析了熔石英玻璃样品表面损伤形貌特征, 探究了激光诱导损伤对熔石英玻璃样品弯曲强度的影响。结果表明: 激光诱导熔石英玻璃损伤点形貌为典型的半椭球体, 损伤点深度随其长度增大呈上升趋势, 深度极限基本不超过2 mm; 损伤点对熔石英玻璃弯曲强度影响非常明显, 含损伤点的样品平均弯曲强度仅为不含损伤点样品平均弯曲强度的41%。随着损伤点长度和深度增大, 熔石英玻璃的弯曲强度总体呈下降趋势, 但当损伤点长度大于15 mm, 弯曲强度下降趋势明显缓和, 损伤点长深比对弯曲强度无明显影响。熔石英玻璃真空窗口光学元件安全设计, 应考虑玻璃弯曲强度离散性及持久应力作用综合影响, 且在损伤点位置处的最大弯曲拉应力不应超过其弯曲强度设计值。
真空窗口光学元件 熔石英玻璃 激光诱导损伤 弯曲强度 安全设计 vacuum window optical element fused silica glass laser-induced damage bending strength safety design
Author Affiliations
Abstract
1 Center for Precision Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China
2 Research Center of Laser Fusion, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621900, China
In order to fabricate a large-aperture continuous phase plate (CPP) using atmospheric pressure plasma processing (APPP) with high efficiency and precision, the position dwell mode and velocity mode were proposed and the iterative calculation method was developed for the non-constant removal rate. Two 320 mm × 320 mm × 2 mm CPPs were fabricated with two processing modes. The experiment results show that the velocity mode is capable of significantly reducing the processing time and shape error. The total processing time is decreased from 13.2 h to 9.3 h, and the surface shape error is decreased from 0.158λ to 0.119λ (λ = 632.8 nm) (root mean square).
220.4610 Optical fabrication Chinese Optics Letters
2018, 16(10): 102201
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
对于实际的大口径高功率激光器而言，I/II类角度失谐三倍频系统的谐波转换规律常常偏离理想情况。为了研究其实际的谐波转换规律，以便于指导实际情况的晶体调试，研究了各种非理想条件下，比如1 ns高斯脉冲，不同波面半径和晶体损耗对三倍频谐波转换的影响。研究结果表明：高斯形脉冲的三倍频外效率绝对值比平顶脉冲降低了10%；为了追求最高三倍频外效率，由于受1 ns高斯脉冲和三倍频晶体损耗的影响，二倍频晶体的最佳内失谐角是160 μrad而非220 μrad，二倍频内部效率最佳平均值并非为67%，而是在60%~63%左右为最佳，并且晶体损耗越高，二倍频内部效率的最佳平均值越低；功率密度越高，波面半径和发散角对谐波转换的影响越大。
非线性光学 高斯脉冲 内部效率 外部效率 波面半径 失谐角
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
基于推导的倍频晶体匹配角与温度关系的理论分析,揭示了温度对频率转换过程影响的热光物理机制。数值模拟了频率转换过程中二倍频与三倍频晶体的匹配角热敏感性。由于不同晶体材料热敏感性的差异性,实验获得了激光装置中所用晶体材料的匹配角随温度变化的关系曲线。理论分析了不同输入功率密度情况下匹配角失谐对三倍频过程的影响,并在线验证了温度变化导致匹配角失谐,进而引起三倍频转换效率的下降。根据实验获得的晶体匹配角的热敏感性参数,提出利用晶体角度跟随方法进行三倍频转换效率补偿,实现了三倍频能量的稳定输出。
非线性光学 频率转换 角度跟随 效率补偿 热光系数 nonlinear optics frequency conversion angular following efficiency compensation thermo-optic coefficient 强激光与粒子束
2014, 26(10): 102007
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心， 四川 绵阳 621900
在对再生放大系统进行改进的基础上提出类再生放大技术，应用大口径放大器，在腔内增加完全成像系统，对注入整形光束进行任意多次的保形放大。可行性验证实验基于两个低增益、大口径放大器，已达到大于104的系统增益；在注入能量仅为43 μJ能量条件下，实现了大于600 mJ的系统输出能量。验证实验结果表明基于较低增益放大器单元的类再生放大系统，既能实现高增益又能实现大能量输出。
类再生放大系统 高增益放大 保形放大 二极管泵浦 quasi regenerative amplifier high gain amplifying shape-keeping amplifying diode pumped 强激光与粒子束
2014, 26(5): 051002
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
在高功率激光驱动器中，调频到调幅（FM-to-AM）效应是制约聚变点火的一个关键物理量，因而需要定性分析和定量评估。基于晶体的可接受带宽，从光谱畸变和瞬时频率两个角度研究了频率转换过程中FM-to-AM效应的物理机制。利用瞬时频率定性分析了相位调制和强度调制之间的相关性，得到了晶体最佳匹配角度情况下三倍频强度调制频率的变化规律。根据推导出的表征调制度的解析模型，定量分析了三倍频输出强度调制特性，量化了输入带宽和功率密度对调制度的影响，通过数值模拟验证了该模型的可靠性。所得结果为抑制三倍频过程中FM-to-AM引起的强度调制提供了理论指导。
非线性光学 频率转换 调频到调幅 强度调制 调制度
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
介绍了中物院激光聚变研究中心在神光-Ⅲ主机装置建设、大口径高通量验证实验平台研制、神光-Ⅲ原型装置运行与性能提升、支撑激光驱动器建设的精密装校与洁净处理技术和精密光学检测技术、星光-Ⅲ激光装置建设、PW量级全光参量啁啾脉冲放大系统技术以及高功率波导激光技术等方面的主要研究进展情况。
高功率固体激光 超短脉冲激光 高功率波导激光 精密装校 精密光学检测 high power solid laser ultra-short pulse laser high power waveguide laser assembling and installing precision optical metrology 强激光与粒子束
2013, 25(12): 3082
1 电子科技大学 经济与管理学院， 成都 610054
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
梳理任务可用度的基本模型，构建装置执行任务的过程类型和时间模型图，体现任务时限和修复时限的要求，以此给出装置单次任务可用性评价模型；选用曲线拟合和拟合优度检验方法，考虑修复对任务影响程度差异及其发生概率，建立装置多次任务可用性评价模型、评价方法及分析步骤，为系统地开展惯性约束聚变激光装置可用性评价提供一般模型和方法。通过对神光-Ⅲ原型装置使用可靠性数据处理和分析，验证提出的模型和分析方法的正确性和经济性。研究成果将直接应用于神光-Ⅲ主机装置的可靠性工程建设中。
任务可用性 ICF激光装置 评价 模型 mission-availability ICF laser facility evaluation model
中国工程物理研究院激光聚变研究中心， 四川 绵阳 621900
高功率固体激光装置主放大器是能量提取最多的一个环节，它受环境影响因素较多，难以建立考虑各因素影响的微观模型。目前，国内外还没有主放大器增益的精确预测模型和实验数据分析报道，现有预测模型较为粗糙。从统计角度对高功率激光装置主放大器增益的变换规律进行了分析，指出宏观上3种不同特点的增益变化，分别为增益的低频演化规律、增益随日运行发次的变化规律及增益的高频稳定性特性；并由此建立了包含权重因子的主放输出预测模型。通过神光Ⅲ原型装置的运行数据对建立的模型进行了考核，结果显示，与以往的单一发次的递推模型相比，新模型对增益预测的准确性可提高1倍。研究结果对大型固体激光装置的高效运行具有指导意义。
激光器 高功率激光器 增益稳定性 主放大器 权重因子
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
针对神光Ⅲ原型装置物理实验要求的三台阶整形脉冲（三个台阶的脉冲宽度比为1.5∶1.0∶0.5，强度比为1∶4∶16，脉冲总能量为500 J），并根据该装置的系统构成和具备任意脉冲整形技术，开展了高功率激光整形脉冲波形控制技术研究，通过对基频光段的增益饱和效应和三倍频光的频率转换过程的分析，获得了脉冲时间波形在传输、放大及频率转换过程中的一些变化特点，在此基础上建立了一套简单的预测模型。经过反复迭代计算和多次全系统联机实验获得了实验结果,并在物理实验中得到了应用，初步形成了高功率激光整形脉冲波形的控制方法。
高功率激光装置 整形脉冲 预测模型 增益曲线 high power laser facility pulse shaping prediction model gain curve
