固体激光驱动器前级系统中的脉冲整形

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1、万方数据第17卷第6期量子电子学报v01．17No．62000年12月CHINESEJOURNALOFQUANTUMELECTRONICSDec．．2000ICF固体激光驱动器前级系统中的脉冲整形王春陈绍和许发明谢兴龙葛夏平许世忠林尊棋范滇元匝囹(中国科学院上海光学精密机械研究所上海201800)摘要本文就国内外ICF固体激光驱动器前级系统脉冲整形方案进行了综述，并报导了我们实验室关于脉冲整形的最新进展．关键词惯性约束核聚变(ICF)，ICF固体激光器驱动器，脉冲整形l引言50年前，人们开始了原子核聚变的研究【1】，发现实现核聚变的条件是高温高压．激光的出现为解决实

2、现受控核聚变开辟了一条崭新途径，从而提出了惯性约束核聚变(ICF)．高温高压是目前实现ICF的必要条件，对高功率激光系统提出了很高的要求：大能量(MJ)、激光脉冲整形、多路激光束空间对称驱动核靶、单路光束的均匀照明、各路激光柬之间功率平衡及应用短波长激光以取得更大压缩密度等，尤其对激光脉冲整形提出了很高要求，这是因为激光脉冲整形对ICF有极重大的意义：在费密简并态下实现热核反应可以减小对内爆压力的要求，只有用时间上有合适形状的激光脉冲作驱动源才有可能实现热核反应；激光脉冲的形状直接影响核丸内爆的力学过程[21；从初始的液态氘氚沿等熵线压缩才有可能实现高密度压缩，而实

3、现这一过程必须取消燃料预热，引起燃料预热有热电子、强冲击波两因素，前者可用短波长激光来克服，后者只有通过合适形状的激光脉冲来控制[31；激光脉冲的整形对控制和减少Rayleigh—Taylor不稳定的增长特别重要[21；激光脉冲的形状对提高激光驱动能的利用效率非常关键【41．激光脉冲整形是指利用主动或被动方法，改变输出激光脉冲宽度、形状甚至频率．激光脉冲主动整形是指利用声光、电光效应来控制激光脉冲宽度、形状和频率(“8】；被动方法则是用．光栅等色散元件、非线性效应和脉冲堆砌等来实现激光脉冲宽度、形状、频率的控制110“1s]．2国外高功率激光装置脉冲整形系统的发展2

4、．1美罾劳仑斯利弗莫尔罾家实验室(LLNL)LLNL的高功率钕玻璃激光器代表了目前世界上最先进水平，该系统的研制始于1972年，装置的发展经历了CYCLOPS、JANUS、ARGUS、SHIVA、NOVA以及目前刚建成的国家点火设施(NIF)的原型机一子柬(BEAMLET)系统．激光脉冲整形的发展同样经历了从无到有、从简单到复杂的过程．2．1．1SHIVA装置的脉冲整形系统为了建造SHIVA测试光学元件和研究光束传输，在1972—1977年期间，LLNL先后建造了三个小系统(CYCLOPS、JANUS、ARGUS)，子1977年建成了SHIVA装置【16】．图1是收

5、稿日期t1999-08-02；修改日期t1999--12-04万方数据480量子电子学报17卷SHIVA装置的振荡器和预放系统的总体示意图，整形系统由输出长、短脉冲的激光器组成，短脉冲系统为调Q锁模Nd：YAG激光器，通过改变腔内标准具的厚度和控制声光调制器射频功率的方法改变锁模脉冲的宽度，该短脉冲系统输出宽度在0．09—1．1as可调(范围内)．到1980年，为了满足实验要求在SHIVA上加了一套长脉冲整形系统，它由一台单纵模调QNd：YAG激光器和激光脉冲削波器构成，如图2所示，为了获取单纵模激光，系统采取了稳频和选模措施，削波器由50Q阻抗匹配的普克尔盒组成．

6、有了这两套系统，SHIVA具备了宽度从o．09—35D_S可变的单脉冲输出能力．哆L一^m^mJLL．Pmampds呲∞m／i￥．逝卜叫廿-1耋—，搦兰．一篙‘～禽蝌彗辨一鎏J～HAli和．1ⅢI昌鼍黜二Pul∞5Iic盯』嗣N予气酽焉鞘咖幽卜晚、一掣，。L吨每㈧‰出r～瓣毗^、’ek’．、I．弼品M、7矗7I!巴坚IFig．1SHIVAoscillatorandpreamplifierAMQoscillatorEtalonlongpulseoscil+latorFig．2(a)AMQoscillatorsystem(b)longpulseoscillatorsys

7、tem2．1．2NOVA装置的脉冲整形系统NOVA装置建成于1984年，在SHIVA的基础上进一步发展了脉冲整形系统，使NOVA具备了复杂激光脉冲整形能力【引．图3是其脉冲整形系统框图，它由两台主振荡器、电光调制器和脉冲压缩单元组成，能产生宽度在很大范围内(10ps一10ns)可调、形状可变的激光脉冲．万方数据第6期王春等；ICF固体激光驱动器前级系统中的脉冲整形481SpockeIsccllsFig．3SchematicofthesystemproducingvariouspulseformsonNOVA世竺!：P蕊五esrl8i—cerj／Fig．4Part