1 中山光子科学中心，广东 中山 528400
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900
超短超强脉冲激光是目前世界上在实验室内产生超高能量密度、超强电磁场和超快时间尺度的综合性极端物理条件的重要手段。在对超短超强脉冲激光发展现状和趋势分析的基础上，针对高能量密度物理等前沿基础科学实验研究多样化的需求，提出研制不同脉冲宽度、三种脉冲激光（两束输出功率为10 PW的飞秒激光、单束输出功率为1 PW@1 Hz的飞秒激光、单束千焦耳皮秒激光和单束万焦耳纳秒激光）协同输出至4个物理实验站形成不同工作模式，实现多种加载-诊断物理实验功能的星光超强激光装置（XG-ELF）的设想。对XG-ELF装置的物理实验设想和主要设计结果进行介绍。建成后的XG-ELF装置将为我国高能量密度物理前沿基础领域中的研究提供先进的研究平台。
激光器 极端条件 高能量密度物理 超短超强激光 光参量啁啾脉冲放大 光学学报
2022, 42(17): 1714001
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900；中国工程物理研究院 高能激光科学与技术重点实验室，四川 绵阳 621900；中国工程物理研究院 研究生院，北京 100088
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900；中国工程物理研究院 高能激光科学与技术重点实验室，四川 绵阳 621900
3 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900
为了控制重频放大器的热致波前畸变，设计并加工了均匀冷却的背面水冷激活镜激光放大器，对放大器的热畸变特性开展了实验研究，实验发现在泵浦功率密度较高即重复频率达到10 Hz，平均功率密度达到200 W/cm2时，放大器的热畸变既影响远场分布又对近场产生显著的调制。近场的调制会给放大器带来较大的损伤风险。为了消除热畸变对近场的调制，首先对泵浦强度分布进行了匀化，然后对介质进行了边缘热平衡控制，消除了热畸变引起的近场调制。通过对上述因素的控制，采用水冷激活镜构型的四程放大器实现了在10 Hz频率下良好运行。在没有进行主动补偿的情况下，实现了远场焦斑优于5倍衍射极限的输出。
激光放大器 二极管泵浦激光器 热效应 水冷激活镜 laser amplifiers diode-pumped lasers thermal effects water-cooled active mirror 强激光与粒子束
2020, 32(1): 011010
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心激光技术工程部, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
3 上海交通大学IFSA协同创新中心, 上海 200240
4 中国工程物理研究院研究生院, 北京 100088
随着半导体材料生长工艺和封装技术等的快速发展,高功率、 高亮度半导体激光器的性能不断提升,使之在工业加工、生物医疗、**以及作为光纤和固体激光器泵 浦源等方面有着重要作用。近些年来,边发射半导体的功率和光束质量的提升,使得耦合到光纤的输出功 率不断提高。单管光纤耦合逐渐从毫瓦级输出发展到数十瓦输出,通过偏振、光谱、空间等合束技术,甚 至达到数百瓦的输出。在叠阵或多线阵光纤耦合方面,也实现了从数十瓦级输出发展到数十千瓦级输出。 从单管、线阵和叠阵三种半导体激光器出发,对半导体激光器发展现状、技术进行了调研分析,对光纤耦合半 导体激光器的多种整形、合束和耦合技术进行了总结和展望。
激光技术 半导体激光器 光束整形 光纤耦合 高功率 laser technology semiconductor laser beam shaping fiber coupling high power
Author Affiliations
Abstract
1 Research Center of Laser Fusion, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621900, China
2 Collaborative Innovation Center of IFSA (CICIFSA), Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
3 Science and Technology on Plasma Physics Laboratory, Mianyang 621900, China
4 Center for Crystal Research and Development, Key Laboratory of Functional Crystals and Laser Technology, Technical Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
5 Graduate School of China Academy of Engineering Physics, Beijing 100088, China
We report an efficient mid-infrared extracavity optical parametric oscillator (OPO) based on the nonlinear crystal BaGa4Se7 pumped by a diode-side-pumped Q-switched Nd:Y3Al5O12 (Nd:YAG) laser. The maximum pulse energy of 1.03 mJ at 4.25 μm is obtained with the repetition rate of 10 Hz and pulse width of 12.6 ns when the pump energy was 13.5 mJ, corresponding to an optical-to-optical conversion efficiency of 7.6% from 1.064 μm to 4.25 μm. The idler wave slope conversion efficiency was 12%. To the best of our knowledge, it is the highest reported conversion efficiency for the compact BaGa4Se7 OPO driven by the Nd:YAG laser.
140.3070 Infrared and far-infrared lasers 190.4970 Parametric oscillators and amplifiers Chinese Optics Letters
2019, 17(12): 121402
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 IFSA协同创新中心, 四川 绵阳 621900
针对高功率激光的应用需求,提出一种新构型的低温激光放大器方案,采用低温液体侧面冷却三角形沟槽设计的块状Yb∶YAG晶体,抑制了介质内寄生振荡,改善了热管理效果,实现了放大器高效储能与提取,获得了能量为9.4 J、脉冲宽度为10 ns、重复频率为5 Hz、远场3.3倍衍射极限的激光输出,为后续更大能量的Yb∶YAG激光放大器设计提供了有益的参考。
激光光学 激光放大器 低温液冷 侧面冷却块状放大器 二极管抽运激光器
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621999
2 IFSA协同创新中心, 四川 绵阳 621999
在空心导管泵浦耦合系统中, 测量了激光二极管叠阵中巴条的实际指向性, 并带入仿真建模中, 以便获得更准确、更优的模拟结果。与采用理想巴条指向性的模型模拟结果相比, 耦合系统的耦合效率降低了11.2%。同时, 带入实际指向性的模型模拟结果, 具有更大的能量传输损耗和调制更深的泵浦光场分布, 且该仿真模拟结果与实验结果相符。结果表明, 在空心导管耦合系统设计中, 带入实际巴条指向性模型是获得精确模拟结果的必要条件。
固体激光器 泵浦耦合 激光二极管阵列 空心导管 solid-state laser pump coupling laser diode array hollow duct 强激光与粒子束
2018, 30(11): 111002
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 IFSA协同创新中心, 四川 绵阳 621900
为了满足片状激光放大器对泵浦功率密度的要求, 设计并加工了高缩束比的耦合系统。根据LD的发光特性, 将输出功率为80 kW的LD阵列进行拟球面排列, 采用正交柱面透镜配合空心导光管进行泵浦耦合, 将发光面积为330 mm×85 mm的泵浦光, 在输出口处压缩至18 mm×18 mm的口径, 耦合系统的缩束比高达86∶1。模拟计算表明, 该耦合系统的耦合效率对导光管反射板的反射率依赖性较低。实验测量该耦合系统的效率为84.2%, 输出口处泵浦光场快慢轴的调制度分别为130和1.18, 且脱离耦合系统后的泵浦光传输8.5 mm后, 依然可以保持泵浦光场的轮廓。该耦合系统在效率、泵浦场均匀性、传输性等方面均满足端面泵浦的片状放大器对泵浦耦合系统的要求。
固体激光器 泵浦耦合 激光二极管阵列 空心导管 solid-state lasers pump coupling laser diode array hollow duct 强激光与粒子束
2017, 29(9): 091002
1 中国工程物理研究院 电子工程研究所，四川 绵阳 621999
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心，四川 绵阳 621999
针对应用于某种全固化激光器的4种关键光学材料Nd:YAG晶体、Cr:YAG晶体、无膜窗口玻璃(UBK7)以及部分反射镀膜玻璃在γ总剂量辐照前后光学特性的变化情况，分析获得了几种光学材料的γ总剂量辐照效应，并对该全固化激光器抗γ总剂量辐射能力进行了预估。实验结果表明：Nd:YAG晶体对γ总剂量辐照敏感，抗辐射性能较差，不宜用于在较强辐射环境下工作的固态激光器设计，而Cr:YAG、无膜窗口玻璃以及部分反射镀膜玻璃γ总剂量辐照后性能参数变化小，抗辐射性能良好，可考虑在较强γ辐射环境下工作的全固化激光器设计选用。
光学材料 全固化激光器 γ总剂量辐射效应 optical materials solid state laser γtotal ionizing dose effects 太赫兹科学与电子信息学报
2016, 14(5): 811
Author Affiliations
Abstract
1 Research Center of Laser Fusion, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621900, China
2 Graduate School of China Academy of Engineering Physics, Beijing 100086, China
3 China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621900, China
We propose a novel pulse amplification model to obtain the effective thermal equilibrium time (τETE) for Yb:YAG crystal, where τETE has impacts on the gain recovery and energy extraction. A test amplifier is set up to measure the input fluence, output fluence, and pulse duration. By fitting the numerical values to the experimental data, the effective thermal equilibrium of Yb:YAG crystal at room temperature is found to be between 60 and 120 ps. To our best knowledge, this is the first time that an exact range of effective thermal equilibrium time for Yb:YAG is reported.
Chinese Optics Letters
2015, 13(Suppl): S21412
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院研究生部, 北京 100088
惯性聚变能源是公认的安全、无碳、可持续发展的洁净能源.简要介绍了欧洲高功率激光能源研究(HiPER)项目激光驱动器的基准设计,然后从放大器的构型、热管理技术和放大的自发辐射抑制技术、激光系统的光束结构等方面重点讲述了满足HiPER 项目的两种千焦耳级激光链路方案.最后介绍了HiPER 项目实现商用激光聚变能源电站的发展规划.
激光光学 惯性聚变能源 二极管抽运固体激光器 概念设计 高功率激光能源研究 DiPOLE 激光系统 LVCIA 激光系统 激光与光电子学进展
2015, 52(8): 080005
