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 张江实验室，上海 201210
3 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
研究了薄片激光器中晶体与热沉的封装技术和核心技术，采用薄片晶体与金刚石热沉的光胶工艺，自主设计并研制了5 mm口径的YAG/Yb∶YAG复合薄片激光模块，分析了该薄片激光模块的多通泵浦系统，建立了晶体热效应数值仿真模型，实验测量了在2.2 kW/cm2泵浦功率密度、940 nm泵浦波长下薄片晶体的热焦距为445.6 mm；采用基于光胶工艺封装的薄片激光模块搭建连续激光器，在70 W泵浦功率下获得了18.75 W功率的基横模输出，斜率效率和光光转换效率分别为36.59%和26.79%。
激光器 薄片激光器 多通泵浦 热效应 连续激光器 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0514003
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 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
薄片激光器可以实现高峰值功率、高平均功率、高光束质量的激光输出，是高重复频率皮秒泵浦源的关键技术之一。基于Yb∶YAG单薄片激光模块设计并搭建了再生放大系统，连续泵浦下获得了平均功率为40.9 W、重复频率为1 kHz、脉冲宽度为3.4 ns的激光输出，水平方向上的光束质量因子（）和竖直方向上的光束质量因子（）分别为1.12和1.10。基于腔内光束指向主动控制技术，2 h输出的平均功率稳定性峰谷（PV）值和均方根（RMS）值分别为6.42%和0.56%。在600 μs脉冲泵浦情形下，光光效率达16.1%。在10 kHz重复频率下，获得了53.3 W的高平均功率的激光输出，和分别为1.07和1.06。
激光器 薄片激光器 再生放大器 脉冲泵浦 激光稳定性
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 中国科学院中国工程物理研究院高功率激光物理联合实验室，上海 201800
3 装备发展部某中心，北京 100034
随着能量输出能力的不断提升，高功率激光驱动器运行对光学元件的性能和打靶光束的质量都有了更高要求。传统测量仪器结构复杂、精度有限，难以满足实验需求。朱健强课题组将计算成像技术引入到高功率激光驱动器的参数测量中，精确测量大口径光学元件的形貌、应力分布、热畸变等特征，脉冲光束的时间、空间、近远场分布等参量，以及激光与物质相互作用的过程；进一步发展相干衍射成像（CDI）技术，开发出单次曝光三维PIE（ptychography iterative engine）技术、多模态相干调制成像（CMI）技术、分束编码成像技术等，建立了相干衍射成像技术的解析模型，在数学上分析了CDI技术解的唯一性。本文主要综述了课题组在惯性约束聚变中计算光学成像技术应用方面的研究进展。
计算成像 相位测量 激光束表征 激光放大器 光学学报
2023, 43(22): 2200001
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理重点实验室，上海 201800
2 中国科学院中国工程物理研究院高功率激光物理联合实验室，上海 201800
3 中国科学院大学，北京 100049
依靠算法提高光学测量精度的方法和应用越来越广泛，由于刀口法在光学非球面检测中的应用有其独特性，本文提出了在非焦点处采样，对应CCD像面上辅以虚拟光阑调制的刀口法环带，实现定量检测。以检测一个凹球面为例，将其与干涉仪标准方法的检测结果进行对比，其中主要环带位置偏差不超过1%，峰谷（PV）值和均方根（RMS）值误差均在7%左右，可以实现至少λ/15左右的检测灵敏度。该研究为光学车间检测提供了一种定量化检测的新思路，优化了光学加工与检测的效率，为自动化刀口仪的研制奠定了基础。
光学检测 刀口仪 自动化 光学仪器 光学学报
2023, 43(21): 2112005
Author Affiliations
Abstract
1 School of Physical Sciences, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
2 Key Laboratory of High Power Laser and Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
3 National Laboratory on High Power Laser and Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
4 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
The self-focusing phenomenon of partially coherent beams (PCBs) was simulated using the complex screen method combined with the split-step Fourier method to solve the nonlinear Schrödinger equation. Considering the propagation of Gaussian Schell-model beams in a nonlinear medium as an example, the suppression effects of intensity, propagation distance, and spatial coherence on small-scale self-focusing were demonstrated. Simulations of overall and small-scale self-focusing using this method were compared with the existing literature to demonstrate the validity of the method. This method can numerically analyze the degree of self-focusing in PCBs and advance the study of their nonlinearity.
partially coherent beams self-focusing nonlinearity complex screen method Gaussian Schell-model Chinese Optics Letters
2023, 21(7): 071901
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学，北京 100049
基于亚纳秒间隔的皮秒激光双脉冲，研究了双脉冲时域整形对K9玻璃表面烧蚀特性的调控规律。当子脉冲间隔为667 ps时，不同形状双脉冲下玻璃表面的烧蚀形貌随激光通量增加的变化规律明显不同，而泵浦通量起着决定性作用。当泵浦通量低于阈值时，双脉冲烧蚀特性基本与单脉冲相似；当泵浦通量在阈值附近时，泵浦脉冲对玻璃表面的微纳米尺度的烧蚀会显著增强探测脉冲的烧蚀效应。当泵浦通量高于1.3倍阈值时，泵浦脉冲在玻璃与空气界面附近产生冲击波，探测脉冲被冲击波的高密度前沿界面反射和干涉，在中心烧蚀区域周围产生了圆环状烧蚀形貌，且圆环分布与探测通量密切相关。双脉冲烧蚀的内径尺寸与泵浦通量相关，而外径尺寸与双脉冲的形状、通量均相关。对比研究了子脉冲间隔为333 ps和667 ps时的等通量双脉冲烧蚀形貌，结果发现：低通量下较小的脉冲间隔可以增强烧蚀效应；高于烧蚀阈值的泵浦脉冲会影响探测脉冲的能量沉积；两种脉冲间隔下环状形貌的不同反映了泵浦脉冲产生的冲击波的传输特性不同。最后基于实验结果讨论了双脉冲序列时域整形进行表面烧蚀调控的物理机制。
激光技术 激光烧蚀 皮秒激光 双脉冲 时域整形 中国激光
2023, 50(12): 1202201
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学，北京 100049
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上海激光等离子体研究所，上海 201800
拍瓦激光系统中剩余的高阶色散导致了脉冲波形的振荡，影响了拍瓦激光的信噪比。为了进一步优化拍瓦激光的信噪比特性，满足激光加速电子、质子等粒子的效率提升需求，本文提出了一种基于双折射晶体的新型超短脉冲的三阶色散主动调控方法，用于信噪比的主动调控。通过数值分析模拟了双折射晶体引入的二阶色散、三阶色散，针对中心波长为1053 nm的拍瓦激光系统，选择适当的晶体厚度，可以通过调节双折射晶体的面内旋转角改变系统剩余三阶色散。同时，基于神光Ⅱ第九路拍瓦激光系统光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）预压缩的信噪比测量值，对比了不同量级剩余三阶色散对脉冲信噪比的影响，得出通过改变拍瓦激光系统中剩余三阶色散量，可实现不同量级信噪比的主动调控的结论。该研究结果对于高能激光系统剩余三阶色散的补偿以及信噪比的优化具有重要意义。
激光器与激光光学 双折射晶体 三阶色散 信噪比 拍瓦激光 光学学报
2023, 43(10): 1014003
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 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
在高功率激光装置冷冻靶系统中，靶架的细长悬臂梁结构对冷冻靶内部振源有着较大的振动响应，从而会影响装置的束靶耦合精度。针对该问题，研究了长悬臂梁的附加式减振结构，在不增加整体外形尺寸和质量的前提下，通过增加悬臂梁支撑点的方式增大结构比刚度，从而优化其振动响应特性。以美国国家点火装置（NIF）中的靶架作为研究设计主体，通过建立数学模型明确了响应函数的主要、次要影响参数；利用ANSYS有限元模拟的方法确定了重要工程参数的取值范围；通过自主搭建的实验台模拟了不同工况下的振源并对减振靶架进行测试，最佳方案中的振幅优化率为91.7%，冲击收敛时间优化率为77.1%，固有频率达到183 Hz，证明了所设计的减振结构对长悬臂梁的振动响应特性有较好的优化作用。
激光器 结构设计 振动控制 有限元法 参数优化 冷冻靶 高功率激光装置 中国激光
2023, 50(10): 1001003
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
高功率激光装置是一个复杂的有源巨型光学工程，其性能指标要求逼近科学技术与物理极限。驱动器研制有物理设计、工程光学和结构工程设计三大过程，工程光学在其中起着重要作用。高功率激光装置工程光学设计需遵循其特有的设计原则和要点，以保证装置的高性能。根据驱动器设计指标和设计特点，从总体光学设计、光束质量控制以及光束打靶精度控制方面，综述了高功率激光装置工程光学设计中的关键科学技术问题以及相应解决方法，为未来高功率激光驱动器的发展提供必要的工程设计参考。
光学设计 惯性约束聚变 神光装置 工程光学 激光光学
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
真空环境中高功率激光装置光学元件表面的有机物污染是限制其负载能力的原因之一。针对装置中常见的有机物污染和三倍频激光溶胶凝胶减反膜，通过精确控制真空环境中污染源的挥发扩散，制备了有机物质量面密度不同的元件表面，定量研究了有机污染物质量面密度对溶胶凝胶减反膜光学性能及损伤特性的影响规律。实验结果表明：样品表面粗糙度、透过率、损伤阈值等的变化量均与有机物质量面密度成正相关。有机污染物沉积量较少时，由于膜层孔隙被填充，膜层的表面粗糙度略有减小；随着沉积量增加，有机物附着影响表面形貌，粗糙度显著增加。溶胶凝胶减反膜在351 nm波长处的光学透过率随着有机物质量面密度的增加而逐渐降低，这与有机物分子改变溶胶凝胶膜孔隙填充比有关。样品表面的激光损伤阈值变化量和损伤面积随着有机物质量面密度的增加而增加，而且不同有机物沉积量的光学表面的损伤形貌存在显著差异。基于实验结果讨论了有机物影响溶胶凝胶减反膜性能的机理，并探讨了高功率激光系统的洁净度控制方法。
薄膜 有机污染物 质量面密度 溶胶凝胶减反膜 透过率 激光诱导损伤 洁净度控制
