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Demonstration of a petawatt-scale optical parametric chirped pulse amplifier based on yttrium calcium oxyborate

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High Power Laser Science and Engineering 2023年第1期11卷 11-17页

作者： Meizhi Sun Jun Kang Xiao Liang Haidong Zhu Qingwei Yang Qi Gao Ailin Guo Ping Zhu panzheng zhang Linjun Li Lijuan Qiu Zhantao Lu Sheng Wang Xiaoniu Tu Xinglong Xie Jianqiang Zhu Key Laboratory on High Power Laser and Physics Shanghai Institute of Optics and Fine MechanicsChinese Academy of SciencesShanghaiChina Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering University of Chinese Academy of SciencesBeijingChina Shanghai Institute of Ceramics Chinese Academy of SciencesShanghaiChina

As optical parametric chirped pulse amplification has been widely adopted for the generation of extreme intensity laser sources,nonlinear crystals of large aperture are demanded for high-energy amplifiers.Yttrium calcium oxyborate(YCa_(4)O(BO_(3))_(3),YCOB)is capable of being grown with apertures exceeding 100 mm,which makes it possible for application in systems of petawatt scale.In this paper,we experimentally demonstrated for the first time to our knowledge,an ultra-broadband non-collinear optical parametric amplifier with YCOB for petawatt-scale compressed pulse generation at 800 nm.Based on the SG-II 5 PW facility,amplified signal energy of approximately 40 J was achieved and pump-to-signal conversion efficiency was up to 42.3%.A gain bandwidth of 87 nm was realized and supported a compressed pulse duration of 22.3 fs.The near-field and wavefront aberration represented excellent characteristics,which were comparable with those achieved in lithium triborate-based amplifiers.These results verified the great potential for YCOB utilization in the future.

关键词： optical parametric amplification petawatt ultra-short pulse yttrium calcium oxyborate

高稳定高光光效率的Yb∶YAG单薄片再生放大器

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中国激光 2024年第2期51卷 39-44页

作者：石玉森李祖强潘雪肖奇汤晓云卢兴华王江峰张攀政姜有恩范薇李学春朱健强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 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 n... 详细信息

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(M_(x)^(2))和竖直方向上的光束质量因子(M_(y)^(2))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600μs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,M_(x)^(2)和M_(y)^(2)分别为1.07和1.06。

关键词：激光器薄片激光器再生放大器脉冲泵浦激光稳定性

A novel multi-shot target platform for laser-driven laboratory astrophysics experiments

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High Power Laser Science and Engineering 2023年第2期11卷 11-19页

作者： Pablo Perez-Martin Irene Prencipe Manfred Sobiella Fabian Donat Ning Kang Zhiyu He Huiya Liu Lei Ren Zhiyong Xie Jun Xiong Yan zhang Florian-Emanuel Brack MichalČervenák Pavel Gajdoš Lenka Hronová Kakolee Kaniz Michaela Kozlová Florian Kroll Xiayun Pan Gabriel Schaumann Sushil Singh MichalŠmíd Francisco Suzuki-Vidal panzheng zhang Jinren Sun Jianqiang Zhu Miroslav Krůs Katerina Falk Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf Institute of Radiation PhysicsDresdenGermany Technische Universität Dresden DresdenGermany Key Laboratory of High Power Laser and Physics Shanghai Institute of Optics and Fine MechanicsChinese Academy of SciencesShanghaiChina Shanghai Institute of Laser Plasma China Academy of Engineering PhysicsShanghaiChina Institute of Plasma Physics Czech Academy of SciencesPragueCzech Republic Czech Technical University Faculty of Nuclear Sciences and Physical EngineeringPragueCzech Republic Department of Physics Jagannath UniversityDhakaBangladesh ELI-Beamlines Institute of PhysicsCzech Academy of SciencesPragueCzech Republic Institute for Nuclear Physics Technical University of DarmstadtDarmstadtGermany Institute of Physics Czech Academy of SciencesPragueCzech Republic Blackett Laboratory Imperial CollegeLondonUnited Kingdom First Light Fusion Oxford Industrial ParkYarntonOxfordUnited Kingdom

A new approach to target development for laboratory astrophysics experiments at high-power laser facilities is presented.With the dawn of high-power lasers,laboratory astrophysics has emerged as a field,bringing insight into physical processes in astrophysical objects,such as the formation of stars.An important factor for success in these experiments is targetry.To date,targets have mainly relied on expensive and challenging microfabrication methods.The design presented incorporates replaceable machined parts that assemble into a structure that defines the experimental geometry.This can make targets cheaper and faster to manufacture,while maintaining robustness and reproducibility.The platform is intended for experiments on plasma flows,but it is flexible and may be adapted to the constraints of other experimental setups.Examples of targets used in experimental campaigns are shown,including a design for insertion in a high magnetic field coil.Experimental results are included,demonstrating the performance of the targets.

关键词： high magnetic fields laboratory astrophysics laser-plasma interaction magnetized plasmas target design

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短脉冲激光的二阶自相关

中国激光 2009年第3期36卷 742-745页

作者：欧阳小平张福领张攀政谢兴龙朱健强中国科学院上海光学精密机械研究所上海201800

为了实现短脉冲激光的高动态范围信噪比(SNR)测量,满足快点火对激光驱动器的要求,开展了信噪比测量的前期研究.结合非线性晶体分析了超短脉冲的二阶自相关信号的产生过程,结果表明自相关曲线的信噪比等于原始脉冲的信噪比.同时讨论了非... 详细信息

为了实现短脉冲激光的高动态范围信噪比(SNR)测量,满足快点火对激光驱动器的要求,开展了信噪比测量的前期研究.结合非线性晶体分析了超短脉冲的二阶自相关信号的产生过程,结果表明自相关曲线的信噪比等于原始脉冲的信噪比.同时讨论了非共线二阶自相关中,两束输入信号光的夹角变化对输出信号光强的影响.在此基础上,建立了一台二阶自相关仪以验证超短脉冲信噪比测量系统的工作性能,其信噪比测量的动态范围达到了约108.

关键词：非线性光学飞秒激光信噪比二阶自相关

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大口径磁光隔离器隔离度单次测量技术

中国激光 2016年第12期43卷 140-148页

作者：张攀政李菁辉冯滔王利张志祥曹兆栋周申蕾马伟新朱俭中国科学院上海光学精密机械研究所高功率与物理联合实验室上海201800 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所上海201800

搭建了全光纤化的大口径磁光隔离器隔离度单次测量系统,体积小且调节灵活方便,在大口径隔离器的在线测量方面具有独特优势。利用光纤器件在光束传输和耦合方面的优势以及磁光隔离器的工作特点,采用透过率相对测量法和静动态对比法实现... 详细信息

搭建了全光纤化的大口径磁光隔离器隔离度单次测量系统,体积小且调节灵活方便,在大口径隔离器的在线测量方面具有独特优势。利用光纤器件在光束传输和耦合方面的优势以及磁光隔离器的工作特点,采用透过率相对测量法和静动态对比法实现了隔离度的单次测量。实验可测量动态范围达到33dB以上,且通过调整光纤耦合器分光比可使测量动态范围进一步提高到50dB以上。该方法有效消除了输入信号脉冲功率及偏振态抖动等因素对测量精度的影响,在输入信号脉冲能量和偏振态随机抖动的情况下,仍然可实现抖动波峰波谷(PV)值为2.2%的测量精度。

关键词：测量大口径磁光隔离器隔离度单次测量全光纤化在线测量

大口径片状放大器放大自发辐射效应的实验研究

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中国激光 2016年第6期43卷 32-38页

作者：曹兆栋王利张志祥张攀政周申蕾谢静冯伟马伟新朱俭王占山同济大学物理科学与工程学院上海200092 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所上海201800 中国科学院上海光学精密机械研究所上海201800

放大自发辐射(ASE)是影响钕玻璃大口径片状放大器增益性能的重要因素。通过测试钕玻璃大口径片状放大器在不同抽运条件下的增益性能,研究了ASE效应对增益系数和增益分布均匀性的影响,并利用实验数据推算出ASE效应造成的增益系数降低比... 详细信息

放大自发辐射(ASE)是影响钕玻璃大口径片状放大器增益性能的重要因素。通过测试钕玻璃大口径片状放大器在不同抽运条件下的增益性能,研究了ASE效应对增益系数和增益分布均匀性的影响,并利用实验数据推算出ASE效应造成的增益系数降低比例。随着抽运能量的增加,ASE效应造成的增益分布塌边、平均增益降低愈发明显。该研究为国产大口径钕玻璃片状放大器的优化设计提供了实验支撑。

关键词：激光光学片状放大器增益放大自发辐射

氙灯抽运液冷叠片式重复频率钕玻璃放大器研制

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中国激光 2019年第10期46卷 67-73页

作者：王冰艳李养帅张攀政王利刘强朱海东郭爱林张艳丽张旭周琼周申蕾朱俭马伟新朱宝强朱健强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 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所上海201800

重复频率激光放大器是实现重复频率激光器的关键器件,其重复频率取决于对抽运及放大过程中产生热量的有效控制。针对千焦耳量级输出重复频率激光器的需求,通过合理的结构设计、冷却液选型及测试等,研制出一台基于氙灯抽运、钕玻璃增益... 详细信息

重复频率激光放大器是实现重复频率激光器的关键器件,其重复频率取决于对抽运及放大过程中产生热量的有效控制。针对千焦耳量级输出重复频率激光器的需求,通过合理的结构设计、冷却液选型及测试等,研制出一台基于氙灯抽运、钕玻璃增益介质、液体冷却、通光直径为Φ130mm的激光放大器样机。测试结果表明,该放大器样机可实现每分钟一次的重复频率运行,同时具备双程1.3189倍净增益,双程动态波前PV(peak to valley)平均值为0.2718波长(λ)(20℃,λ=1053nm,10发次计)和0.3223λ(30℃,λ=1053nm,10发次计)。

关键词：激光器重复频率激光放大器液体冷却氙灯抽运钕玻璃

间断多次氮气吹扫法提高片状放大器在线洁净度研究

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中国激光 2018年第4期45卷 113-119页

作者：张攀政冯滔谢静任志远杨晓伟王利李菁辉张志祥曹兆栋夏志强胡静芬柴志豪刘志刚周申蕾马伟新朱俭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 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所上海201800

高功率片状放大器在线运行时氙灯辐照导致片腔内产生大量气溶胶,易引起钕玻璃污染,影响其使用寿命。采用洁净氮气吹扫恢复片腔内的洁净环境是片状放大器在线运行时的主要洁净手段。研究了氮气吹扫过程中片腔内涡流对洁净度的影响,结果... 详细信息

高功率片状放大器在线运行时氙灯辐照导致片腔内产生大量气溶胶,易引起钕玻璃污染,影响其使用寿命。采用洁净氮气吹扫恢复片腔内的洁净环境是片状放大器在线运行时的主要洁净手段。研究了氮气吹扫过程中片腔内涡流对洁净度的影响,结果显示涡流对气溶胶颗粒的禁锢作用会导致腔内气溶胶颗粒的大量残留,且无法通过延长吹扫时间或调整吹扫流速加以解决。针对这一问题,提出了间断多次氮气吹扫对腔内气溶胶进行循环稀释的在线洁净控制方法,该方法使腔内涡流经历不断破坏和重建过程,涡流场内滞留的气溶胶颗粒含量也得到不断稀释,从而大幅提高片腔洁净度。针对Φ130mm单口径片状放大器进行了对比实验研究。采用间断吹扫法之后,腔内残留气溶胶颗粒为连续吹扫时的1/100,片腔洁净度在15h的观测时间内始终保持在40级以内。该方法普适有效,为避免片状放大器钕玻璃气溶胶污染,增加其在线使用寿命提供了重要参考。

关键词：激光光学片状放大器在线洁净气溶胶间断多次吹扫涡流