Лазерная система Nd: YAG с высоким качеством излучения 5 Дж, 200 Гц

Новая импульсная лазерная система ( Дополнительный рис. S1 ) с высокой средней мощностью и высоким качеством луча была недавно построена группой доктора Чжун-Вея Фана в Академии оптоэлектроники Китайской академии наук. И кристалл стержня с боковой накачкой лазерного диода, и кристаллы пластины интегрированы в систему усилителя (AMP). Впервые достигается выходной пучок с ограничением дифракции в 1,7 раза при энергии импульса 5 Дж при 1064 нм с длительностью импульса 6,6 нс (FWHM) и частотой повторения 200 Гц; Стабильность выходной энергии составляет 4,9% от максимума до 6000 выстрелов. Результаты теста показаны в Рис 1а и 1б , Рисунок 1Новая импульсная лазерная система (   Дополнительный рис

Результаты испытаний лазерного импульса. ( а ) Форма лазерного импульса. ( б ) Кривая энергетической устойчивости. ( c ) Принципиальная схема настройки системы. FR, ротатор Фарадея; HP, полуволновая пластина; L, объектив; М, зеркало; R, 90 ° кварцевый ротатор; SF, пространственный фильтр; DM, деформируемое зеркало.

Лазерная система построена в конфигурации усилителя мощности генератора (MOPA), как показано на Рисунок 1с , с четырьмя компонентами: одночастотный затравочный лазер, блок предварительного усилителя, блок управления лучом и блок постусилителя. Предварительный усилитель состоит из трехступенчатого стержневого усилителя с боковой накачкой. Размеры кристаллов стержня составляют 3 мм × 67 мм с концентрацией Nd3 + 0,8% для AMP1 и AMP2 и 6,35 мм × 140 мм с концентрацией Nd3 + 0,6% для AMP3 и AMP4. Методы индуцированного бриллюэновского рассеивающего фазово-сопряженного зеркала (SBS-PCM) и адаптивная оптика реализованы в блоке управления лучом для динамического исправления искажения волнового фронта. Блок постусилителя состоит из трехступенчатого усилителя с большими пластинами. Размеры кристаллов сляба составляют 138 мм (L) × 35 мм (W) × 7 мм (D) с концентрацией Nd3 + 0,6% для AMP5, AMP6 и AMP7. Одночастотный затравочный лазер генерирует выходную мощность 8,58 мкДж с длительностью импульса 33,9 нс (FWHM) при частоте повторения 200 Гц. Среднеквадратичное (среднеквадратичное) отклонение энергии импульса составляет менее 1%, а качество луча лучше, чем в 1,12 раза, что ограничено дифракцией. Начальные импульсы сначала проходят через предварительный усилитель, а затем через блок управления, к которому применяется формирование луча. Энергия импульса усиливается до 300 мДж. Длительность импульса составляет 30,5 нс, а качество луча лучше, чем в 1,4 раза с дифракционным ограничением. После прохождения через постусилитель энергия импульса достигает 5 Дж с дифракционным ограничением качества луча в 3,2 раза. Адаптивная оптическая система применяется для коррекции волнового фронта, а качество луча улучшено в 1,7 раза.

Основные части лазерной системы включают одночастотный лазерный источник, модуль усилителя пластин с высокой эффективностью накопления энергии и фазово-сопряженное, рассеянное зеркало Бриллюэна. Одночастотный источник - это активный лазер с модуляцией добротности, использующий акустооптическую модуляцию. Работа в одном продольном режиме достигается применением эталона Fabry-Pérot (FP). Длину резонансной полости можно точно контролировать с помощью пьезоэлектрической керамики, а точность выборки можно улучшить с помощью алгоритма сглаживания. Чтобы компенсировать влияние среды на длину резонансной полости, реализован алгоритм управления нечеткой пропорциональной интегральной производной (ПИД). С помощью описанной выше установки можно получить одночастотные импульсы высокой стабильности на уровне наносекунд (нс). Усилитель с одной пластиной может хранить до 2,5 Дж, при небольшом усилении сигнала> 5, потерях деполяризации <2%, однородности накачки лучше, чем 90%, и искажении волнового фронта за один проход лучше, чем 0,15 λ (RMS) при полной нагрузке. В SBS-PCM FC-770 выбран в качестве среды SBS. Благодаря специальной очистке и тонкой очистке во время процессов подготовки нагрузочная способность SBS-PCM, таким образом, улучшается. Когда энергия накачки достигает 1,1 Дж (220 Вт, 200 Гц), оптический пробой предотвращается, и отражательная способность фазового сопряжения превышает 98%.

Эта лазерная система будет принята в исследованиях лазерной диагностики рассеяния Томсона. Ожидается, что он значительно улучшит пространственное и временное разрешение измерения высокотемпературной плазмы.