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
Desheng Zhao 1,2,3Bin Zhang 1,2,3,*Xiran Zhu 1,2,3Shuailin Liu 1,2,3[ ... ]Jing Hou 1,2,3,*
Author Affiliations
Abstract
1 College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha, China
2 Nanhu Laser Laboratory, National University of Defense Technology, Changsha, China
3 Hunan Provincial Key Laboratory of High Energy Laser Technology, Changsha, China
We propose a 2.1 μm high-energy dissipative soliton resonant (DSR) fiber laser system based on a mode-locked seed laser and dual-stage amplifiers. In the seed laser, the nonlinear amplifying loop mirror technique is employed to realize mode-locking. The utilization of an in-band pump scheme and long gain fiber enables effectively exciting 2.1 μm pulses. A section of ultra-high numerical aperture fiber (UHNAF) with normal dispersion and high nonlinearity and an output coupler with a large coupling ratio are used to achieve a high-energy DSR system. By optimizing the UHNAF length to 55 m, a 2103.7 nm, 88.1 nJ DSR laser with a 3-dB spectral bandwidth of 0.48 nm and a pulse width of 17.1 ns is obtained under a proper intracavity polarization state and pump power. The output power and conversion efficiency are 0.233 W and 4.57%, respectively, both an order of magnitude higher than those of previously reported holmium-doped DSR seed lasers. Thanks to the high output power and nanosecond pulse width of the seed laser, the average power of the DSR laser is linearly scaled up to 50.4 W via a dual-stage master oscillator power amplifier system. The 3-dB spectral bandwidth broadens slightly to 0.52 nm, and no distortion occurs in the amplified pulse waveform. The corresponding pulse energy reaches 19.1 μJ, which is the highest pulse energy in a holmium-doped mode-locked fiber laser system to the best of our knowledge. Such a 2.1 μm, high-energy DSR laser with relatively wide pulse width has prospective applications in mid-infrared nonlinear frequency conversion.
dissipative soliton resonance high pulse energy holmium-doped fiber laser system mode-locking High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(1): 01000e12
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海 200093
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
光学元件的损伤在高功率激光系统的终端光学组件中较为普遍且对激光系统的正常运行有重大影响。为提高元件的使用寿命和保证激光光路正常运行,首先要做的是检测和判断出损伤出现的位置、大小、类型。在线检测中终端光学损伤检测装置是一种重要的方法,它能够直接、实时地对元件的损伤情况进行成像并分析,另外还有一种间接获取损伤图像的方式,即用衍射环检测损伤,通过相关公式求出损伤点的大小和位置。针对更小的损伤的检测,深度学习这一工具能够处理大量数据,是目前研究该问题不可或缺的一类方法,它能够减少人工,并提高效率和准确率。修复损伤的主要方式是快速熔融缓解,即二氧化碳激光熔融损伤区,该方法是目前最常见、最有效的修复方式。对损伤问题处理的前提和关键在于精确定位更小的损伤点并分类不同类型的损伤,以便确定后续修复步骤。损伤的检测和修复是光学循环回路策略的重要部分,传统方法有一定的局限性。近些年,受到深度学习在图像处理和目标识别领域的优势的影响,未来会有越来越多深度学习的方法能够被用在与损伤检测相关的研究上。这对高功率激光系统长期稳定运行和正常发展有重要意义和作用。
元件损伤 在线检测 高功率激光系统 损伤修复 深度学习 Element damage On-line inspection High power laser system Damage repair Deep learning 光子学报
2022, 51(10): 1012002
强激光与粒子束
2022, 34(10): 104018
1 北京无线电计量测试研究所,北京 100039
2 山西大学光电研究所,量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西 太原 030006
3 山西大学,省部共建极端光学协同创新中心,山西 太原 030006
里德堡原子具有较大的电偶极矩,可以作为一种对微波场强具有高灵敏度的传感器。制备铯里德堡原子需要852 nm和509 nm单频窄线宽可调谐激光系统,目前的509 nm激光系统多为实验室用样机,稳定性和实用性较差。本文提出了一种结构稳定的猫眼式激光系统,该系统可实现200 mW,1018 nm和50 mW,852 nm单频激光输出,采用电流、压电调节方式实现激光波长调谐和频率锁定;将1018 nm激光作为种子源,激光经过窄线宽掺镱光纤放大器后将功率放大至5 W,之后进入光纤耦合式单通掺氧化镁周期极化铌酸锂(MgO∶PPLN)晶体进行倍频,实现了大于470 mW的509 nm激光输出。基于此激光系统实现了n=67的里德堡原子制备,得到了线宽约为5 MHz的D态电磁诱导透明光谱,为后续构建量子微波场强测量装置提供了核心单元。
激光光学 里德堡原子 电磁诱导透明 激光系统 微波电场
强激光与粒子束
2022, 34(1): 011008
强激光与粒子束
2021, 33(11): 111015
1 中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 绵阳 621900
2 中国军事科学院 国防科技创新研究院, 北京 100071
3 复旦大学 化学系, 上海 200438
美国运输机机载高能激光(AHEL)系统是下一代**, 能够在复杂环境中实施精确地隐秘打击。第1套实战化的机载激光**, 将在2022年进行演示试验。首先介绍了AHEL系统的应用需求、研制计划, 并分析了系统结构和面临的技术挑战。其次梳理了AHEL系统的研制进展, 并由系统参量评估了AHEL系统的作战性能。综合分析可知, AHEL系统采用最佳组件, 通过快速原型方法, 实现了激光**系统在AC-130J飞机上的集成, 并借鉴了以往机载激光计划的经验教训, 降低研制风险。最后分析了其下一步的技术发展方向。
激光技术 机载高能激光系统 快速原型 激光** 高能激光 特种作战司令部 laser technique airborne high energy laser system rapid prototyping laser weapon high energy laser Special Operations Command
1 国防科技大学智能科学学院, 湖南 长沙 410073
2 国防科技大学装备综合保障技术重点实验室, 湖南 长沙 410073
3 长沙学院机电工程学院, 湖南 长沙 410022
4 空军工程大学航空机务士官学校, 河南 信阳 464000
单晶硅反射镜是高能激光系统中的重要元件,其加工质量直接影响着高能激光系统的整体性能指标。针对单晶硅反射镜加工过程中产生的各类缺陷问题,本研究团队提出了采用超精密切削、浸没式抛光、磁流变抛光、离子束抛光等超精密加工方法来提升单晶硅元件的加工质量,并开展了相关研究。本文主要综述了本团队近几年在单晶硅制造技术领域取得的研究进展,包括单晶硅纳米精度表面控形制造技术、单晶硅纳米精度本征表面控性生成方法、纳米精度控形控性组合工艺等一系列关键技术。通过探讨高能激光单晶硅元件制造的现状与关键技术,为实现单晶硅元件纳米精度控形控性制造提供技术支撑。
光学制造 高能激光系统 单晶硅元件 浸没式光顺抛光 离子束抛光