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
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of High Field Laser Physics and CAS Center for Excellence in Ultra-intense Laser Science, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 School of Physical Science and Technology, ShanghaiTech University, Shanghai 201210, China
The plasma mirror system was installed on the 1 PW laser beamline of Shanghai Superintense Ultrafast Laser Facility (SULF) for enhancing the temporal contrast of the laser pulse. About 2 orders of magnitude improvement on pulse contrast was measured on picosecond and nanosecond time scales. The experiments show that high-contrast laser pulses can significantly improve the cutoff energy and quantity of proton beams. Then different target distributions are assumed in particles in cell simulations, which can qualitatively assume the expansion of nanometer-scale foil. The high-contrast laser enables the SULF-1PW beamline to generally be of benefit for many potential applications.
ultraintense laser plasma mirror high-contrast laser proton acceleration Chinese Optics Letters
2023, 21(4): 043802
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 100049
建立了用于描述双端部分端面泵浦板条(Innoslab)激光晶体热源分布的模型。针对700 W双端泵浦Yb∶YAG晶体，利用有限元方法，模拟了晶体在焊接铟层理想和有缺陷状态下的温度分布。理想焊接状态下经模拟得到的晶体表面最高温与实验测得的结果较为一致。借此进一步探究了铟层缺陷尺寸、位置及两相邻缺陷之间距离对晶体温度分布的影响，并对影响程度进行了定量分析。
激光器 激光晶体 Innoslab 热效应 数值模拟 铟层 温度场 中国激光
2022, 49(23): 2301002
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of High Field Laser Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, 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 School of Physical Science and Technology, ShanghaiTech University, Shanghai 200031, China
In this paper, we propose and demonstrate an adjustable-free and movable thin disk laser based on the telecentric cat’s eye cavity. We design a V-shaped laser cavity containing two reflectors with thin disks as the gain medium. The experimental results from the traditional plane-plane cavity, plane-telecentric cat’s eye cavity, and double telecentric cat’s eye cavity are compared. They show that plane-telecentric cat’s eye cavity laser can keep operating at the adjustable-free range of to , which is up to 60 times better than that of traditional plane-plane cavity. In the double telecentric cat’s eye case, the adjustable-free range is improved to to . Additionally, in the case of the double telecentric cat’s eye cavity, the output telecentric cat’s eye can achieve free movement within the horizontal range of .
thin disk laser telecentric cat’s eye adjustable-free laser Chinese Optics Letters
2021, 19(11): 111403
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 100049
3 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所发光学及应用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
为了使半导体激光器输出高功率、高光束质量的激光,垂直外腔面发射激光器(VECSEL)应运而生。本文通过对激光器谐振腔的稳定条件进行计算,并结合实验估算出VECSEL中增益芯片的热透镜在泵浦功率为31.3 W时的热焦距在45.7 mm到53.6 mm之间。实验过程中观测到增益芯片的荧光光谱随观测角度变化的现象,并提出一种通过观测增益芯片在不同角度下的荧光光谱来直接估算VECSEL的调谐范围的方法,用所提方法测得增益芯片调谐范围为995~1030 nm。
激光器 垂直外腔面发射激光器(VECSEL) 热焦距 角度调谐 荧光光谱
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 100049
非线性脉冲压缩技术是提升高功率全固态超快激光器性能,获得更短脉宽、更高峰值功率超短脉冲激光的重要手段。非线性脉冲压缩依靠克尔效应引起的自相位调制和之后的啁啾补偿来实现。本文介绍了近年来非线性脉冲压缩方法的研究进展并展望了发展前景。
激光光学 全固态激光器 非线性脉冲压缩 自相位调制
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, 北京 100049
3 上海科技大学, 上海 201210
基于超强超短激光装置泵浦源系统中搭建的百焦耳级钕玻璃激光器,实验分别测量了该钕玻璃激光器在一分钟一发、两分钟一发、三分钟一发的重复频率条件下工作的热致波前畸变。通过采集激光波前信息反映出受热效应影响大小,通过分析实验结果最终确定了百焦耳级钕玻璃激光器能够稳定工作的重复频率。目前该钕玻璃激光器能够在三分钟一发的重复频率条件下稳定输出波长为526.5 nm、能量约为100 J的高光束质量激光脉冲,输出光斑能量呈近平顶分布。最终由多台百焦耳级钕玻璃激光器组成的泵浦源系统能够稳定输出泵浦光并成功地应用于泵浦SULF 10 PW终端钛宝石主放大器。
激光器 放大器 高能量 钕玻璃棒 泵浦源
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of High Field Laser Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, 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 School of Physical Science and Technology, ShanghaiTech University, Shanghai 200031, China
A deep convolutional neural network is employed to simultaneously measure the beam-pointing and phase difference of sub-beams from a single far-field interference fringe for coherent beam combining systems. The amplitudes of sub-beams in the measurement path are modulated in order to prevent measuring mistakes caused by the symmetry of beam-pointing. This method is able to measure beam-pointing and phase difference with an RMS accuracy of about 0.2 μrad and λ/250, respectively, in a two-beam coherent beam combining system.
coherent beam combining pattern recognition deep learning Chinese Optics Letters
2020, 18(4): 041402
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, 北京 100049
3 上海科技大学, 上海 201210
基于上海超强超短激光装置(SULF),选取各分系统关键节点进行波前测量,分析波前畸变的起源、演变及原因,并讨论了光学器件安装应力与钛宝石晶体质量对波前的影响。结果表明,激光波前畸变值随着大口径光学器件数量的增多而增大,光学镜片的面形加工误差、安装调试误差是影响钛宝石激光放大器中波前畸变的重要因素,对激光的聚焦性能有较大影响。对激光系统波前的测量有利于优化与控制整个系统的波前畸变,从而有助于提升光束质量和聚焦功率密度。
激光器 拍瓦系统 波前演变 焦斑 钛宝石
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, 北京 100049
3 上海科技大学, 上海 201210
研制了一套能量输出稳定、光斑分布均匀、时域近方波形的四路钕玻璃抽运源系统。系统能够输出4×180 J的基频能量(波长为1053 nm)，4×80 J的倍频能量(波长为526.5 nm)。主要结构包括四部分：前端种子源、再生放大器、钕玻璃棒放链和KDP倍频晶体。利用偏振片实现了垂直偏振的两路基频光合束，经过第二类相位匹配KDP晶体倍频，获得了共线且同偏振的526.5 nm倍频光，实现了用于150 mm口径钛宝石放大器的结构紧凑的双脉冲抽运源。
激光器 放大器 抽运源 钕玻璃 大口径钛宝石 时域双脉冲
