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上海光机所“神光Ⅱ”飞秒拍瓦级激光装置研究取得新进展

来源:上海光机所

  发布:johnny

关键词:飞秒拍瓦激光器 激光装置

2018-04-11

  上海光机所高功率激光物理联合实验室依托“神光”系列装置提供的高效泵浦源,采用全光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)技术,经过三级OPCPA放大器,实现150J/30fs的到靶激光脉冲输出。历时三年的攻关研制,前两级的OPCPA已达到1.76PW的输出。20182月,装置完成第二阶段验证实验,物理打靶成功率达到88.8% 

  飞秒拍瓦级激光装置是强场物理等前沿基础研究的重要手段,国际上多个国家和地区都开展了该类大型超短脉冲激光装置的研制。该类激光装置的输出性能有别于其他类型的激光装置,即要在焦点处实现拍瓦级聚焦功率密度,对于激光输出的时空特性、光束指向性等具有极高要求。“神光Ⅱ”飞秒拍瓦级激光装置攻关计划分为两个阶段:一是激光拍瓦级输出和验证,二是综合实验验证,提升拍瓦输出的稳定可控,以便满足装置的实用性需要。该装置将成为神光Ⅱ装置多功能、多种脉冲组合打靶的综合性激光物理平台的有机组成部分。

  第二阶段的实验围绕装置稳定提供物理实验这一核心目标,着力解决第一阶段联机实验中暴露的问题,系统总体与单元性能方面获得了显著提升,在现有泵浦参数与同步控制精度不变的情况下,通过优化OPCPAI晶体参数与匹配结构,在输出能量、转换效率、稳定性与光束质量方面得到显著提升,转换效率42.8%,稳定性达到1.67%RMS;OPCPAII通过优化泵浦光的有效光束口径与能量填充度,光束口径增加11%,最大可输出40.7J能量, 转换效率高达41.9%,为当前报道大口径OPCPA的最高转换效率。在终端调靶方面,增加了真空中的监控手段,大大提高了调靶的精度与复位精度,结合自适应光学闭环控制,降低了系统的剩余残差,808nm波长上获得静态聚焦焦斑直径由原来的10μm 减小到4.4μm。在聚焦能力方面,由于系统各部分的优化,系统输出的能量更加稳定可控,焦斑更小;能量集中度显著提升,使该激光装置在二级OPCPA的半能量输出条件下,实现1020W/cm2量级聚焦功率密度下的稳定输出。(高功率激光物理联合实验室供稿) 

图1.OPCPAI放大后的近场和光谱图

图2.输出光近场波前与聚焦焦斑图