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Abstract
CEA CESTA, Le Barp, France
Mid-spatial frequency wavefront deformation can be deleterious for the operation of high-energy laser systems. When fluid cooled high-repetition-rate amplifiers are used, the coolant flow is likely to induce such detrimental mid-spatial frequency wavefront deformations. Here, we describe the design and performance of a 90 mm × 90 mm aperture, liquid-cooled Nd:phosphate split-slab laser amplifier pumped by flash-lamps. The performance of the system is evaluated in terms of wavefront aberration and gain at repetition rates down to 1 shot per minute. The results show that this single cooled split-slab system exhibits low wavefront distortions in the medium to large period range, compatible with a focus on target, and despite the use of liquid coolant traversed by both pump and amplified wavelengths. This makes it a potential candidate for applications in large high-energy laser facilities.
flash-lamp pumping high-power laser laser cooling neodymium glass wavefront error High Power Laser Science and Engineering
2024, 12(1): 010000e3
1 浙江工业大学 计算机科学与技术学院，杭州 310023
2 浙江工业大学 信息工程学院，杭州 310023
针对现有的短弧脉冲氙灯电源存在明显的阻尼振荡等现象，提出了一种基于反激拓扑方法与RC隔离触发网络的短弧脉冲氙灯驱动电源设计。驱动电源采用24 V输入，主电压通过反激拓扑结构产生700～1000 V连续可调输出，脉冲触发电压电路采用二级级联升压电路产生5～7 kV脉冲输出，主电压和脉冲触发电压经过RC隔离触发网络后对脉冲氙灯进行驱动点亮。对驱动电源各个模块进行了设计与实现，将RC隔离触发网络仿真与实际触发波形对比，并比较分析了主电压在不同电压下的充放电波形。实验结果表明，所设计的驱动电源点亮短弧脉冲氙灯的成功率达100%，验证了所设计驱动电源的可行性；所设计的驱动电源充放电总时间最大值为5.63 ms，为短弧脉冲氙灯提供了较高的闪烁频率；所设计的驱动电源与文献对比将阻尼振荡范围从32.24%降低到4.7%，有效抑制了放电产生的阻尼振荡，避免对储能电容造成二次充电，有效提高了储能电容及短弧脉冲氙灯的放电次数及寿命。
脉冲氙灯 反激拓扑 RC隔离触发网络 阻尼振荡 xenon flash lamp flyback topology RC isolation trigger network damped oscillation 强激光与粒子束
2021, 33(3): 035002
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 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所, 上海 201800
重复频率激光放大器是实现重复频率激光器的关键器件,其重复频率取决于对抽运及放大过程中产生热量的有效控制。针对千焦耳量级输出重复频率激光器的需求,通过合理的结构设计、冷却液选型及测试等,研制出一台基于氙灯抽运、钕玻璃增益介质、液体冷却、通光直径为Φ130 mm的激光放大器样机。测试结果表明,该放大器样机可实现每分钟一次的重复频率运行,同时具备双程1.3189倍净增益,双程动态波前PV(peak to valley)平均值为0.2718波长(λ)(20 ℃,λ=1053 nm,10发次计)和0.3223λ(30 ℃,λ=1053 nm,10发次计)。
激光器 重复频率激光放大器 液体冷却 氙灯抽运 钕玻璃 中国激光
2019, 46(10): 1001007
1 国防科技大学 脉冲功率激光技术国家重点实验室, 合肥 230037
2 先进激光技术安徽省实验室, 合肥 230037
3 中国科学院合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所, 合肥 230031
研制了脉冲宽度大、单脉冲能量大的绿光激光器, 其中脉冲重复频率与高速相机帧频同步, 且光纤耦合输出.激光器采用平凸非稳腔结构, 灯泵浦Nd∶YAG晶体, KTP晶体内腔倍频, 被动调Q方式, 实现了最大重复频率为300 Hz、脉冲宽度为70 μs、平均功率为38 W、单脉冲能量为126.7 mJ、光束发散角为3.5 mrad的532 nm激光输出.将该激光耦合到芯径为800 μm的光纤中进行水下实验, 耦合效率达到92%.
灯泵激光器 激光照明 KTP内腔倍频 水下光源 被动调Q 光纤耦合 Flash-lamp pumped laser Laser illumination Intracavity frequency double by KTP crystal Underwater light source Passive Q-switching Fiber coupling 光子学报
2018, 47(11): 1114004
1 西安交通大学 电力设备电气绝缘国家重点实验室, 西安 710049
2 中国科学院 上海光学精密机械研究所, 上海 201800
针对灯箱中反射器的设计和运行情况，设计实验量化了反射器对氙灯辐射和钕玻璃荧光效率的影响。氙灯辐射由强流管测量的氙灯辐射波形和能量计测量的辐射能量获得；钕玻璃荧光由自主设计的荧光测量系统获得；同时，使用高速摄影仪对放电通道进行观测。实验发现，反射器在此次实验条件下可以提高氙灯辐射效率89%，提高钕玻璃荧光效率78%。而且，实验发现工程运行中氙灯“发白”，是反射器引导氙灯放电通道在靠近反射器一侧形成，导致该处过度烧蚀的结果。
反射器 氙灯辐射 荧光 放电通道 reflector flash lamp radiation fluorescence discharge channel 强激光与粒子束
2018, 30(3): 032001
1 西安交通大学 电力设备电气绝缘国家重点实验室, 西安 710049
2 中国科学院 上海光学精密机械研究所, 上海 201800
3 中国工程物理研究院 上海激光等离子体研究所, 上海 201800
脉冲氙灯作为放大器的泵浦源, 其泵浦效率直接影响放大器效率。环形氙灯被证明是一种有望提高泵浦效率,并代替目前直管氙灯工作的新型氙灯。针对不同气压、不同结构的环形氙灯, 通过实验研究了气压和内径对环形氙灯放电特性、光效特性以及爆炸特性的影响。结果表明, 增加环形氙灯气压和内径可提高其光学效率, 被泵浦钕玻璃的荧光最大可提高峰值22.3%, 积分值15.7%。但是, 增加气压和内径会降低环形氙灯的热负载能力。实验发现气压为26 664 Pa, 内径为30 mm的环形氙灯拥有最佳光效并能通过寿命测试。
环形氙灯 气压 内径 光效 爆炸特性 annular flash lamp pressure internal diameter radiation efficiency explosion characteristic 强激光与粒子束
2018, 30(2): 022001
天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
作为分析仪器和医疗仪器光源, 脉冲氙灯的光谱特性直接影响着仪器的整体性能。 为了研究脉冲氙灯放电回路参数及几何参数对其光谱特性的影响, 利用气体放电理论分析了脉冲氙灯发光过程, 设计了光谱检测系统, 实验测定了脉冲氙灯在不同放电参数下的光谱特性。 结果表明: 脉冲氙灯光谱由连续谱和线状谱组成, 连续谱有离子复合和韧致辐射产生, 线状谱由电子能级跃迁产生。 相对光谱辐射能量随着放电电压升高呈近似线性增长、 并随着储能电容的变大而变大。 在放电电压较低时, 弧长较短时相对光谱辐射能量较大; 在放电电压较大时, 弧长越长相对光谱辐射能量越大。 对于脉冲氙灯工作参数选取以及应用生产具有重要的意义。
光源 脉冲氙灯 光谱特性 相对光谱辐射能量 放电回路参数 Light source Xeon flash lamp Spectral characteristic The relative spectral intensity Discharge loop parameters 光谱学与光谱分析
2016, 36(8): 2674
Author Affiliations
Abstract
1 National Laboratory on High Power Laser and Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics,Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Understanding the radiation model of a flash lamp is essential for the reflector design of a laser amplifier. Reflector design often involves several simplifying assumptions, like a point or Lambertian source; either of these assumptions may lead to significant errors in the output distribution. In practice, source non-idealities usually result in sacrificing the amplifier’s gain coefficient. We propose a novel test technique for attaining the xenon flash lamp absolute spectral intensity at various angles of view, and then accurately predict radiation distributions and generate the reflector shape. It is shown that due to the absorption of emitted radiation by the lamp itself, the behavior of the radiation model at various wavelengths is different. Numerical results of xenon plasma absorption coefficient were compared with the measured data. A reasonable agreement was obtained for the absorption coefficient parameters. Thus, this work provides a useful analytical tool for the engineering design of laser amplifier reflectors using xenon flash lamps as pumps.
absorption coefficient absorption coefficient current density current density radiation model radiation model xenon flash lamp xenon flash lamp xenon plasma xenon plasma High Power Laser Science and Engineering
2015, 3(4): 04000001
1 西安交通大学 电力设备电气绝缘国家重点实验室，西安 710049
2 中国科学院 上海光学精密机械研究所，上海201800
针对脉冲氙灯的结构，探索了一种新型的环形截面氙灯以获得更高的泵浦效率。环形截面氙灯内嵌空气玻璃管，拥有中空的新结构，对脉冲氙灯放电特性产生了新的影响，进一步影响了泵浦效率。实验对比了传统氙灯和环形截面氙灯的放电特性、辐射以及钕玻璃的荧光输出。实验结果表明：新型的环形截面氙灯拥有较高的电阻，较低的放电电流与进灯能量，辐射效率和钕玻璃荧光输出分别提高了3%~4%和2%~3%。
环形截面氙灯 电流面密度 能量 辐射 荧光输出 air bubble flash lamp current areal density energy radiation fluorescence 强激光与粒子束
2015, 27(9): 092006
