皮秒拍瓦激光系統寬帶激光放大的精確模型和性能分析*

李大為 王韜 尹曉蕾 李佳美 王利 張騰張天雄 崔勇 盧興強? 王麗 張杰 徐光

1) (中國科學院上海光學精密機械研究所, 高功率激光物理聯合實驗室, 上海 201800)

2) (中國工程物理研究院上海激光等離子體研究所, 上海 201800)

3) (常州工學院理學院, 常州 213032)

4) (上海市激光技術研究所, 上海 201800)

5) (中國科學院大學, 材料科學與光電研究中心, 北京 100049)

為準確分析皮秒拍瓦激光系統的頻域放大特性, 通過引入釹玻璃實際受激發射截面, 建立了寬頻帶激光放大的精確模型, 對比分析了常用高斯線型近似的不足.針對神光II高能拍瓦激光系統, 分析了不同線型下,注入種子的光譜形狀、中心波長以及能量穩定性對放大系統的影響.結果表明: 實際線型會加劇增益窄化效應; 對于107 增益, 光譜將窄化為3 nm, 系統累積B積分增大至1.7; 窄化效應降低了注入種子中心波長的要求, 增益飽和會使輸出能量穩定性提升近一倍.在上述基礎上, 進行了寬頻帶激光放大的實驗研究, 對于注入的10 nm (FWHM)超高斯、1054 nm中心波長、3% (RMS)穩定性的參量放大種子, 實現了1900 J、中心波長1054.2 nm、譜寬3 nm的輸出, 發次能量穩定性 < 1.8 %, 與分析結果一致.本文結果將對國內基于釹玻璃的高能寬帶激光裝置建設和改進提供重要的參考依據.

1 引 言

自啁啾脈沖放大技術[1,2]被提出以來, 高能量、寬頻帶、高功率的激光放大技術一直是國際研究熱點之一[3?5], 為慣性約束聚變、強場物理等物理實驗提供了強有力的探索手段[6?8].在獲得單束線拍瓦級高峰值功率激光輸出方面, 按壓縮脈寬和能量分類, 主要有兩類技術路線: 一是脈寬30 fs級、能量為數百焦耳, 目標實現10 PW (1015W)級輸出, 選……