强激光与粒子束
2024, 36(1): 101004
中国工程物理研究院激光聚变研究中心等离子体物理科学与技术实验室,四川 绵阳 621900
在基于光参量啁啾脉冲放大的拍瓦级超短超强飞秒激光装置中,光参量相位是阻碍脉冲时域压缩的关键因素。对中国工程物理研究院的数拍瓦全光参量啁啾脉冲放大装置(SILEX-II)的光参量相位演化进行了详细研究。研究结果表明,通过光参量放大过程累积的群延迟色散高达532 fs2,三阶色散高达5782 fs3,在未补偿光参量相位的情况下,压缩脉冲的时域峰值强度仅为傅里叶变换极限脉冲的43%。通过调节压缩器光栅间距,补偿了光参量相位的群延迟色散,将压缩脉冲的时域峰值强度增加至傅里叶变换极限脉冲的94%。研究结果为SILEX-II激光装置的脉冲时域压缩提供了有效指导,同时也为未来基于全光参量啁啾脉冲放大技术的10~100 PW高峰值功率激光器的设计提供了依据。
激光器 光参量啁啾脉冲放大 光参量相位 时域压缩 傅里叶变换极限脉冲
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of High Field Laser Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics and CAS Center for Excellence in Ultra-intense Laser Science, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Laser Fusion Research Center and Science & Technology on Plasma Physics Laboratory, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621999, China
The characteristics of plasmas play an important role in femtosecond laser filament-based applications. Spectroscopic analysis is used to experimentally investigate the plasma density and its temperature of the air filament under different pulse repetition rates. In our experiments, the measured average plasma density of the filament is and the temperature of the plasma is about 5100 K under 100 Hz pulse repetition rate. The plasma density decreases to and the temperature increases to 6230 K as the pulse repetition rate increases to 1000 Hz. The experimental observation agrees with the numerical simulation by solving the nonlinear Schrödinger equations with repetition rate related “low density hole” correction.
femtosecond laser filamentation cumulative effects electron density Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 013201
Author Affiliations
Abstract
1 National Synchrotron Radiation Laboratory, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
2 Laser Fusion Research Center, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621900, China
A cylindrical Öffner stretcher based on ternary reflector (COSTER) is proposed and analyzed. Compared with the traditional Öffner stretcher, the COSTER has no off-axis aberration in the multipass configuration, and the output laser of COSTER has lower spectral phase noise and higher temporal contrast in the far field. The COSTER is quite suitable to be used in multi-petawatt laser facilities, and it might be the preferred stretcher configuration for ultrafast and ultra-intense lasers.
cylindrical Öffner stretcher aberration temporal contrast Chinese Optics Letters
2023, 21(7): 073201
强激光与粒子束
2023, 35(5): 059002
1 四川大学电子信息学院, 四川 成都 610065
2 四川九洲电器集团有限责任公司, 四川 绵阳 621000
3 中国工程物理研究院等离子体物理重点实验室, 四川 绵阳 621999
K9玻璃具有硬度高、 热稳定性好、 膨胀系数小以及较高的透过率等特性, 被广泛应用在高功率激光领域。 光学元件污染物诱导损伤问题成为限制高功率激光器发展的瓶颈之一, 深入研究光学元件的损伤机理对于控制损伤的形成具有重要意义。 为探究损伤机理, 利用光谱探测分析对Al2O3诱导K9玻璃激光损伤的机制进行了研究。 即采用EDS能谱探测技术对损伤前后损伤形貌及元素原子百分比变化进行探究, 进而了解损伤过程中发生的物理变化及烧蚀化学变化, 并结合LIBS技术对损伤过程中的电离过程进行诊断和讨论。 实现了对光学元件损伤原理的探究以及光学元件安全的实时监测。 研究结果表明, 在激光诱导污染物至K9玻璃损伤的过程中, Al2O3颗粒形貌发生变化, K9玻璃也有微形损伤坑的出现。 此外, Al2O3颗粒元素原子百分比含量由于颗粒的变形而发生改变, K9基底中含有的Na2O与氧气结合造成了O元素原子百分比含量升高, SiO2会发生气化-凝结成超细颗粒导致Si元素原子百分比的降低。 这些变化直接反映了在损伤过程中发生了高温熔融现象。 电离击穿过程可以采用LIBS进行检测, 得到在损伤过程中有等离子体闪光的特性。 对上述物理过程进行了建模仿真研究, 使用COMSOL模拟分析了在损伤过程中的热传导以及等离子体冲击波在基底内的传播特性。 研究表明在发生损伤的过程中颗粒的温度达到2 800 K高于自身的熔点(2 313 K), 同样, 基底的温度(2 500 K)也高于自身的熔点(1 673 K), 这直接引起相变, 并在后续激光辐照下产生等离子体, 等离子体的高压冲击等作用致使基底微型熔融损伤坑的出现。 模拟分析验证了LIBS技术和EDS能谱分析探究光学元件损伤机制的可行性和准确性, 该方法既可以用于损伤机理的分析, 还可以对高功率激光系统稳定运行实施监测。
激光损伤机理 激光诱导击穿光谱 能量色散光谱分析法 氧化铝颗粒 Laser damage mechanism Laser-induced breakdown spectroscopy Energy dispersive spectrometry Alumina particle 光谱学与光谱分析
2023, 43(4): 1234
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 中国科学院大学材料与光电研究中心,北京 310027
3 中国工程物理研究院激光聚变研究中心等离子体物理重点实验室,四川 绵阳 621999
提出了一种用于模拟探测光穿过等离子体通道后衍射成像过程的分段衍射模型,该模型考虑了等离子体对探测光的散焦效应。将分段衍射模型与现有计算模型进行对比,并将模拟结果与基于纵向衍射测量法的实验结果进行拟合,获得了不同衍射环结构下的电子密度分布。结果表明:分段衍射模型可以拓展探测范围,实现对较高电子密度等离子体的测量。基于分段衍射模型测量电子密度和光丝尺寸的方法为精确诊断光丝提供了一种新思路。
非线性光学 飞秒激光成丝 等离子体诊断 衍射理论 电子密度 中国激光
2022, 49(24): 2408001
强激光与粒子束
2022, 34(12): 122001
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
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of High Field Laser Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics and CAS Center for Excellence in Ultra-intense Laser Science, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Laser Fusion Research Center and Science & Technology on Plasma Physics Laboratory, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621999, China
The temporal evolutions of electron density and plasma diameter of 1 kHz femtosecond laser filament in air are experimentally investigated by utilizing a pump-probe longitudinal diffraction method. A model based on scalar diffraction theory is proposed to extract the spatial phase shift of the probe pulse from the diffraction patterns by the laser air plasma channel. The hydrodynamic effect on plasma evolution at 1 kHz filament is included and analyzed. The measured initial peak electron density of in our experimental conditions decays rapidly by nearly two orders of magnitude within 200 ps. Moreover, the plasma channel size rises from 90 µm to 120 µm as the delay time increases. The experimental observation is in agreement with numerical simulation results by solving the rate equations of the charged particles.
femtosecond laser filamentation electron density diffraction Chinese Optics Letters
2022, 20(9): 093201