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基于绝热通道方式的宽带三倍频研究

光学学报 2024年

作者：尹立季来林刘栋贺瑞敬张天雄冯伟单翀赵晓晖崔勇高妍琦隋展中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所

高功率宽带紫外激光可用于抑制激光等离子体相互作用过程中的不稳定性。现役激光装置一般通过非线性频率转换方式产生高功率紫外激光，但基于双折射相位匹配或准相位匹配方式的非线性频率转换只能在效率和带宽之间进行取舍。本文提出基... 详细信息

高功率宽带紫外激光可用于抑制激光等离子体相互作用过程中的不稳定性。现役激光装置一般通过非线性频率转换方式产生高功率紫外激光，但基于双折射相位匹配或准相位匹配方式的非线性频率转换只能在效率和带宽之间进行取舍。本文提出基于绝热通道方式的宽带三倍频方案，采用渐变折射率的非线性晶体，在室温下可同时满足高效频率转换和大接收带宽。理论与模拟表明，宽带529nm激光与窄带1053nm激光可高效地通过渐变折射率II类相位匹配KDP晶体和频，倍频光几乎完全转换成三倍频光，产生的三倍频带宽接近2nm(5THz)，转换效率对泵浦光强以及失谐角不敏感，具有极佳的鲁棒特性。

关键词：宽带激光三倍频相位匹配绝热通道

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宽带激光辐照平面薄膜靶的近前向散射研究

物理学报 2024年

作者：龙欣宇王佩佩安红海熊俊谢志勇方智恒孙今人王琛中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所

激光等离子体相互作用(LPI)过程一直以来是惯性约束聚变(ICF)点火中重要的研究内容，宽带激光在理论上一直以来被认为具有抑制LPI的潜力。宽带二倍频激光装置—“昆吾”，为实验研究宽带激光LPI效果提供了可靠的实验研究平台。针对大尺... 详细信息

激光等离子体相互作用(LPI)过程一直以来是惯性约束聚变(ICF)点火中重要的研究内容，宽带激光在理论上一直以来被认为具有抑制LPI的潜力。宽带二倍频激光装置—“昆吾”，为实验研究宽带激光LPI效果提供了可靠的实验研究平台。针对大尺度低密度等离子体的LPI过程中强烈的受激布里渊散射(SBS)和受激拉曼散射(SRS)信号，开展了相同条件下宽带和窄带激光驱动C8H8平面薄膜靶的透过激光、前向散射和大角度近前向散射的实验研究。主要针对宽带和窄带激光前向透过信号的组分和近前向散射的光谱及份额信息进行对比研究，发现宽带和窄带激光驱动的LPI过程具有显著差异。同时，初步结果显示宽带激光相比于窄带激光体现出更强的穿透能力，烧蚀靶并穿过等离子体的时间提前了近1ns，透过能量提升了近10倍，穿透等离子体后有更小的空间发散角。这些结果对于更好地理解宽带激光对于LPI的作用效果具有很好的参考价值。

关键词：激光等离子体相互作用(LPI) 宽带激光受激布里渊散射(SBS) 受激拉曼散射(SRS)

基于Yb:YGG晶体的桌面级20TW光学方案模拟

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光学学报 2024年

作者：刘金升管相合季来林王韬张发旺刘佳隋展崔勇赵晓晖高妍琦中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所

桌面级重频高能皮秒激光器可用于产生X光等辐射源，更便捷高效地研究等离子体中的超快动力学过程以及高能量密度物理等现象。本文提出利用Yb:YGG晶体作为放大介质，采用空间位移—角度编码方式的多程复用放大器，室温条件下可实现亚皮... 详细信息

桌面级重频高能皮秒激光器可用于产生X光等辐射源，更便捷高效地研究等离子体中的超快动力学过程以及高能量密度物理等现象。本文提出利用Yb:YGG晶体作为放大介质，采用空间位移—角度编码方式的多程复用放大器，室温条件下可实现亚皮秒量级、峰值功率～20 TW的红外激光输出，本方案可为数十TW皮秒高能激光器提供了新的路径参考。

关键词：固体激光器啁啾脉冲放大二极管泵浦高能激光重频皮秒激光

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宽带低相干光三倍频研究进展

激光与光电子学进展 2024年

作者：周少锋赵晓晖刘栋季来林饶大幸冯伟贺瑞敬尹立龙思琪高妍琦中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所

宽带低相干光有望克服惯性约束聚变中的激光与等离子体相互作用不稳定性问题，但高效的宽带低相干光三倍频是其走向工程应用的技术瓶颈之一。目前，对于宽带低相干光三倍频过程的研究较少，基于已有认识，本文介绍了宽带低相干光的特性... 详细信息

宽带低相干光有望克服惯性约束聚变中的激光与等离子体相互作用不稳定性问题，但高效的宽带低相干光三倍频是其走向工程应用的技术瓶颈之一。目前，对于宽带低相干光三倍频过程的研究较少，基于已有认识，本文介绍了宽带低相干光的特性及其频率转换过程中的倍频与和频模型。我们指出了宽带低相干光难以高效三倍频的根本原因并综述了各种宽带三倍频方案的发展历史、原理和局限性。为对低相干光频率转换实验提供一定参考，对比了常用的非线性频率转换晶体的接受线宽和非线性系数。最后我们为高效宽带低相干三倍频可能的突破方向提出了一些建议。

关键词：三倍频宽带低相干光频率转换惯性约束聚变

强度调制宽带激光对受激拉曼散射动理学爆发的抑制

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物理学报 2024年第5期73卷 228-236页

作者：刘庆康张旭蔡洪波张恩浩高妍琦朱少平北京应用物理与计算数学研究所北京100094 中国工程物理研究院研究生院北京100088 北京计算科学研究中心北京100088 上海激光等离子体研究所上海201899

激光等离子体不稳定性是困扰惯性约束聚变的难题之一.宽带激光作为抑制激光等离子体不稳定性的有效手段,近年来受到广泛关注.然而,宽带激光在动理学区域驱动的受激拉曼散射等高频不稳定性存在非线性爆发,使抑制效果不及预期.本文提出一... 详细信息

激光等离子体不稳定性是困扰惯性约束聚变的难题之一.宽带激光作为抑制激光等离子体不稳定性的有效手段,近年来受到广泛关注.然而,宽带激光在动理学区域驱动的受激拉曼散射等高频不稳定性存在非线性爆发,使抑制效果不及预期.本文提出一种外加强度调制的宽带激光模型.通过选择适当的强度调制包络,能够打断背散光在强脉冲中的放大过程,降低高强度脉冲诱发剧烈爆发的概率,并大幅减少背散光份额和热电子产额.数值模拟表明,强度调制激光对受激拉曼散射具有较好的抑制能力.对于平均功率为1.0×10^(15)W/cm^(2),带宽为0.6%的二倍频宽带激光,使用强度调制技术后,反射率下降了1个数量级,20 keV以上热电子能量份额也由7.34%下降至0.31%.上述研究证实了使用强度调制宽带激光抑制高频不稳定性的可行性,并有望为后续宽带激光驱动聚变实验设计提供参考.

关键词：惯性约束聚变动理学效应宽带激光受激拉曼散射

小尺度靶丸冲击波调控的冲击波测量技术优化及应用

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物理学报 2024年第12期73卷 267-276页

作者：杨为明段晓溪张琛理玉龙刘浩关赞洋章欢孙亮董云松杨冬王哲斌杨家敏中国工程物理研究院激光聚变研究中心绵阳621900 中国工程物理研究院等离子体物理全国重点实验室绵阳621900

激光聚变研究中,冲击波调控技术是实现靶丸压缩过程的熵增调谐,保证高性能内爆的关键实验技术.本文在十万焦耳激光装置上首次实现了0.375 mm半径小尺度内爆靶丸下双台阶辐射驱动的高精度冲击波调控实验测量.针对小靶丸下任意反射面速度... 详细信息

激光聚变研究中,冲击波调控技术是实现靶丸压缩过程的熵增调谐,保证高性能内爆的关键实验技术.本文在十万焦耳激光装置上首次实现了0.375 mm半径小尺度内爆靶丸下双台阶辐射驱动的高精度冲击波调控实验测量.针对小靶丸下任意反射面速度干涉仪(VISAR)诊断有效反射区域不足的问题,通过建立的球形反射面VISAR图像光强的理论计算方法,提出了利用锁孔(keyhole)锥反射效应提升VISAR诊断空间区域的实验技术路线,使得小靶丸尺度下有效VISAR数据区域提升了近3倍.在实验中首次获得了整形内爆实验条件下低温液氘靶的冲击波测量实验数据,实现了高精度冲击波调控实验测量.实验发现,小时空尺度内爆设计条件下,由于反射冲击波的作用,激光参数的较小偏差都会对冲击波追赶后的传输行为产生显著影响,揭示了我国当前小靶丸尺度下高性能整形内爆物理过程中冲击波传输的多因素敏感性,以及冲击波调控实验对于内爆设计验证的重要性.本文提出的小靶丸冲击波调控实验技术,不仅为我国十万焦耳激光装置上整形脉冲下熵增调谐实验的开展提供了技术基础,也对基于球汇聚压缩的超高压物理研究具有重要意义.

关键词：惯性约束聚变冲击波调控整形激光任意反射面速度干涉仪

拍瓦级光参量啁啾脉冲放大系统中光参量相位演化研究

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中国激光 2024年第6期51卷 30-38页

作者：李纲周凯南朱斌谢娜卢峰蒋东镔郭仪黄征孙立杨雷巫殷忠刘红杰粟敬钦中国工程物理研究院激光聚变研究中心等离子体物理科学与技术实验室四川绵阳621900

在基于光参量啁啾脉冲放大的拍瓦级超短超强飞秒激光装置中,光参量相位是阻碍脉冲时域压缩的关键因素。对中国工程物理研究院的数拍瓦全光参量啁啾脉冲放大装置(SILEX-II)的光参量相位演化进行了详细研究。研究结果表明,通过光参量放大... 详细信息

在基于光参量啁啾脉冲放大的拍瓦级超短超强飞秒激光装置中,光参量相位是阻碍脉冲时域压缩的关键因素。对中国工程物理研究院的数拍瓦全光参量啁啾脉冲放大装置(SILEX-II)的光参量相位演化进行了详细研究。研究结果表明,通过光参量放大过程累积的群延迟色散高达532 fs2,三阶色散高达5782 fs3,在未补偿光参量相位的情况下,压缩脉冲的时域峰值强度仅为傅里叶变换极限脉冲的43%。通过调节压缩器光栅间距,补偿了光参量相位的群延迟色散,将压缩脉冲的时域峰值强度增加至傅里叶变换极限脉冲的94%。研究结果为SILEX-II激光装置的脉冲时域压缩提供了有效指导,同时也为未来基于全光参量啁啾脉冲放大技术的10~100 PW高峰值功率激光器的设计提供了依据。

关键词：激光器光参量啁啾脉冲放大光参量相位时域压缩傅里叶变换极限脉冲

超短脉冲激光驱动束靶中子源产生及应用研究进展(特邀)

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中国激光 2024年第1期51卷 84-96页

作者：齐伟贺书凯崔波张智猛洪伟赵宗清谷渝秋周维民中国工程物理研究院激光聚变研究中心等离子体物理全国重点实验室四川绵阳621900

短脉冲强激光驱动中子源具有微焦点、短脉宽、高注量率的特点,在创新研究和应用方面显示出独特潜力,得到了广泛关注。简要回顾了激光中子源的发展历史和现状,特别是超短脉冲激光驱动束靶中子源的最新研究进展。首先,介绍了激光中子源束... 详细信息

短脉冲强激光驱动中子源具有微焦点、短脉宽、高注量率的特点,在创新研究和应用方面显示出独特潜力,得到了广泛关注。简要回顾了激光中子源的发展历史和现状,特别是超短脉冲激光驱动束靶中子源的最新研究进展。首先,介绍了激光中子源束流品质提升方面的研究工作。其中,产额提升是激光中子源研究以及实现相关应用的首要问题。当前的研究主要通过反应通道选择、离子加速优化等技术途径来实现激光中子源产额的提升。除了产额提升之外,人们还格外关注激光中子源的方向性提升,提出了削裂反应、逆反应动力学等新方案。其次,介绍了激光中子源参数的诊断方法与现状。通过对激光中子源能谱、角分布、脉宽和源尺寸等参数的精密表征,人们对激光中子源的特性有了更全面的了解,这有力支撑了其应用。最后,回顾了激光中子源目前已开展的应用演示实验。激光中子源适用于部分与传统中子源类似的应用场景,同时基于激光中子源超短脉冲、超高通量等新特性有望拓展出新的独特应用。

关键词：激光光学激光离子加速激光中子源超短脉冲激光

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LD端面泵浦Tm:SrF电光调Q激光器

强激光与粒子束 2024年

作者：吴广张振王韬季来林崔勇高妍琦隋展中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所中国科学院上海硅酸盐研究所

高掺杂浓度的Tm3+增益介质能通过交叉弛豫过程提高激光器的量子效率，但同时也会增加能量上转换带来的损耗，从而限制激光器效率的进一步提升。对Tm:SrF2晶体的荧光特性以及激光性能展开研究。在激光二极管(LD)端面泵浦下，实现最大功率... 详细信息

高掺杂浓度的Tm3+增益介质能通过交叉弛豫过程提高激光器的量子效率，但同时也会增加能量上转换带来的损耗，从而限制激光器效率的进一步提升。对Tm:SrF2晶体的荧光特性以及激光性能展开研究。在激光二极管(LD)端面泵浦下，实现最大功率2.99 W的自由运转输出，激光器的泵浦阈值为0.89 W，中心波长1851 nm，斜效率高达82.1%。采用KTP电光调Q开关演示了Tm:SrF2激光器的电光调Q输出特性。在500 Hz重复频率下，获得了1.02 mJ的最大单脉冲能量，泵浦阈值为2.01 W，最短脉冲宽度为45 ns，对应峰值功率为22.67 kW。实验结果表明，基于LD泵浦的Tm:SrF2激光器具有非常高的效率，有望成为中红外光学参量振荡器(OPO)和光学参量放大器(OPA)的理想泵浦源。

关键词：激光技术 Tm:SrF 激光器电光调Q LD端面泵浦斜效率