采用放电泵浦KrF准分子激光放大器放大波长为248.4 nm的紫外超短脉冲激光。对于能量为0.7 mJ、脉宽为550 fs的输入脉冲,在光束直径保持10 mm不变的条件下,能量放大到15 mJ,脉宽展宽到1 200 fs。为了压缩输出脉冲宽度,分析了群速度色散和自相位调制效应对脉宽展宽的影响。利用棱镜对,采用4种不同的实验方案对脉冲引入负的线性频率啁啾,以补偿KrF准分子激光放大器CaF2窗镜中的群速度色散和自相位调制对脉冲引入的正的线性频率啁啾。结果表明:在放大器之前放置棱镜对的方式可以在保持输出脉冲能量为15 mJ的同时,在棱镜对间距为110 cm的条件下,将输出脉冲宽度压缩到370 fs,输出波长为248.4 nm、带宽为0.4 nm。

对纳秒级宽带KrF激光脉冲的时间整形进行了研究。采用受激布里渊散射(SBS)脉冲压缩KrF激光获得短脉冲,通过脉冲堆积获得KrF激光时间整形脉冲。利用激光放大器对整形脉冲进行放大,对KrF激光整形脉冲的形状影响较大。通过对放大前整形脉冲形状的调整,在放大后可以得到所需形状的整形脉冲,一次放大能量输出可达50 mJ,二次放大能量输出可达300 mJ。理论分析与实验结果一致。研究表明,短脉冲堆积和放大器放大的组合方案具有较强的整形能力。

从理论和实验上对利用宽带KrF激光抽运SF6产生的受激布里渊散射(SBS)的脉宽稳定性进行了研究。获得了受激布里渊散射脉宽稳定性随抽运功率密度稳定性、抽运脉宽稳定性及介质气压变化的规律。发现受激布里渊散射脉宽的稳定性与抽运激光的稳定性直接相关,抽运激光的稳定性越好,获得的受激布里渊散射脉宽相对稳定性也越好。抽运光脉宽和能量的不稳定都会造成所产生的受激布里渊散射脉宽不稳定。在较低抽运功率密度情况下抽运光脉宽和能量的波动对受激布里渊散射脉宽稳定性的影响都不可忽略,但在较高抽运功率密度情况下受激布里渊散射脉宽稳定性主要受抽运光脉宽波动的影响。对结果进行了分析和讨论,获得脉宽稳定性较好的受激布里渊散射输出的条件是,使用脉宽稳定性较好的抽运光和在保证没有其他非线性效应产生的情况下,尽可能提高抽运光的功率密度和介质气压。

实验研究了利用带宽为81 cm-1的KrF激光抽运SF6介质所产生的后向散射现象特性。任意改变抽运光的光斑形状均不影响后向散射光的光斑形状,随透镜焦距的增加散射光光斑口径增大;散射光的脉冲宽度和能量大小随介质气压的升高先升后降,存在极值现象;能量反射率为1％～3%;后向散射光脉宽具有脉宽压缩特性,且与介质气压有关;用聚焦透镜和介质池取代激光器的后镜,可自动成腔输出激光。

实验研究了脉冲堆积法对KrF激光的整形能力.利用受激布里渊散射(SBS)压缩脉冲获得了脉宽为3～5 ns的短脉冲,用4束激光堆积获得了脉宽为10～15 ns、平顶宽度为5～10 ns的整形脉冲.利用实测SBS脉冲数据,对脉冲堆积法进行了数值模拟,模拟的脉冲宽度为12.7 ns,平顶宽度为7.7 ns,该结果与实验相符.对脉冲堆积法的任意整形能力进行了模拟,讨论了脉冲宽度变化对整形的影响,发现脉宽变化在5%以内时,对整形脉冲的影响较小.对整形脉冲的放大进行了定性研究,结果表明:平顶脉冲通过放大器后,前沿部分放大较多,由于饱和作用,后沿放大较少;如果前端整形脉冲前沿为斜坡状,放大后可以得到近平顶的脉冲.

采用无阶梯诱导空间非相干技术,对6束角多路高功率KrF激光中一束激光束进行光束平滑,用前端振荡器双程放大自发辐射(ASE)作为部分相干源,此部分相干光经过4f像传递,经电子束抽运预、主放大器放大,聚焦在靶上,靶上能量30 J/40ns,靶斑300μm,分布不均匀性σ≤1.4%.此外,通常23ns前端单束类高斯型脉冲经主振荡功率放大(MOPA)后脉宽展宽为50ns,采用增益饱和开关技术,压缩脉宽经主放后得到30 J/25ns脉冲.用此单束30 J/25ns平滑光束辐照飞片,焦斑直径～300μm,采用双层飞片(50μm Kapton膜+13μm Al),单晶石英靶片,飞片飞行距离(空腔距)～160 μm,用条纹相机对飞片撞靶速度进行了测量,得到飞片速度～8 km/s,与1-D HYADES流体动力学模拟相符.计算了靶中击波压力可大于1 Mboar(100 GPa).用建立的钛宝石,KrF混合型台面紫外高强度超短脉冲(440fs)激光系统,靶面聚焦强度达到1017W/cm2.用此装置进行束靶作用超热电子研究,研制了180°电子磁谱仪,用其直接测量超热电子谱,得到超热电子温度～81 kev.并用此超短脉冲注入电子束抽运KrF预放大器与主放大器得到8 J,皮秒级超短脉冲.并研究了能量信噪比随主放输入增大而下降的规律.

利用聚焦的后向拉曼过程实现高功率准分子激光的高效脉冲压缩.获得了15倍的脉冲压缩和17%的总体能量转换效率,在10 J抽运能量下最大获得1.7 J的压缩脉冲输出.对聚焦抽运方式抑制前向拉曼散射和提高后向光强增益的机理进行了探讨.

理论和实验研究了宽带(15GHz)KrF激光泵浦的受激布里渊散射(SBS)在SF6介质中的转换效率和脉宽压缩比的规律.介质在1.6MPa、透镜焦距为15cm和30cm时,测得SBS最大反射率分别为40%和45%,当泵浦能量大于60mJ时SBS反射率开始趋于平坦;介质在0.85MPa、透镜焦距在30cm时,SBS脉宽压缩比随泵浦能量的上升而下降,最大压缩比为5.建立了宽带多模KrF激光泵浦的SBS理论模型,假设宽带KrF激光光谱谱线由若干窄带谱线组成,这些窄带谱线之间在产生SBS过程中有一定程度的耦合.给出了理论模型结果,并与实验结果进行了比较.

在三维放大自发辐射(ASE)的模拟计算中,计入了侧壁反射效应以及KrF自发辐射的谱线形状(高斯型、洛伦兹型及平顶型)的影响,并对空间网点的影响进行了考察.经过综合分析,给出了ASE对预放大器放大特性影响的上、下限范围.当计入平顶型频谱分布,壁反射系数为 0 .2时,与不计入ASE的情形对比,天光一号预放大器的提取效率下降为35%.