Исследование и управление пространственно-временными параметрами излучения лазеров накачки параметрических усилителей петаваттного уровня мощности

• Автор: Мартьянов, Михаил Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 85 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Система ввода излучения в усилители большой мощности

1.1. Принципы формирования профиля пучка

1.2 Реализация системы ввода излучения в лазере накачки PEARL

1.3 Выводы

Глава 2. Пространственные фильтры (ПФ) в мощных лазерных системах

2.1 Оптическая схема лазера накачки PEARL

2.2 Сферические аберрации в реальных линзовых системах и возможность их минимизации

2.3 Пространственная фильтрация в лазере накачки PEARL

2.4 Выводы
Глава 3. Амплитудно-временные искажения (АВИ) в среде, подчиняющейся балансным уравнениям
3.1 Теория АВИ: сдвиг максимума колоколообразного импульса
3.2 Теория АВИ: сдвиг максимума В-интеграла колоколообразного импульса
3.3 Теория АВИ: сдвиг первого момента импульса произвольной формы
3.4 Экспериментальное исследование АВИ при усилении в стержнях Nd:YLF в режиме насыщения
3.5 Выводы

Глава 4. Способы прямого наблюдения мелкомасштабной самофокусировки (ММСФ) и контроль уровня шума при ММСФ
4.1 Теория ММСФ
4.2 Экспериментальное наблюдение усиленного пространственного спектра при ММСФ по спектру интенсивности поля при переносе изображения источника шума
4.3 Прямое экспериментальное наблюдение усиленного пространственного спектра при ММСФ
4.4 Выводы
Заключение
Литература

Введение
На сегодняшний день фосфатное и силикатное стекло допированное ионами неодима (Nd:galss) как активная лазерная среда не имеет конкурентов по объему и апертуре создаваемых активных элементов в сочетании с высоким оптическим качеством. Поэтому вполне естественно, что лазеры и усилители на Nd:glass являются неотъемлемой частью практических всех мощных лазерных систем по всему миру.
Возможно, в ближайшем будущем оптическая керамика [1] сможет приблизиться к стеклу по оптическому качеству и доступному размеру апертуры, но в настоящее время технология производства оптической керамики хотя и активно, но все же еще только развивается.
Мощные лазеры на стекле по их применению можно условно разделить на две группы. Первая группа - это лазеры наносекундной длительности с килоджоульной и мегаджоульной энергией в импульсе. Основное приложение этих лазеров - Лазерный Термоядерный Синтез (ЛТС). Это крупные национальные проекты такие как NIF [2, 3], VULCAN [4], ЛУЧ [5], HIPER [6], GEKKO XII [7], LMJ [8, 9] и др. В этих проектах осуществляется прямое лазерное усиление относительно узкополосного импульса наносекундой длительности. Для обжатия термоядерных мишеней используется импульс на второй или третьей гармонике. При этом формально эти лазеры не являются сверхмощными, т.к. излучение в них поделено на каналы и мощность каждого канала в отдельности не превосходит 10 ТВт.
Вторую группу лазеров на стекле с неодимом условно можно назвать петаваттной, сюда входят:
a) CPA (chirped pulse amplification) системы, где усиление чирпированного импульса осуществляется непосредственно в Nd: glass с ламповой или диодной накачкой. В силу ограниченной спектральной полосы усиления в Nd:glass длительность

2.2 Сферические аберрации в реальных линзовых системах и возможность их минимизации
При конструировании транспортных телескопов 8, 13, 15 и 18 (рис. 6) необходимо учитывать сферические аберрации пучка, вносимые линзами телескопа. Без учёта дифракции при падении на бесконечно тонкую линзу пучка радиусом Я (рис. 7) все лучи, идущие параллельно оси пучка, для безаберрационной линзы пройдут через фокальную точку (луч 1). Из-за сферической аберрации лучи будут пересекать оптическую ось ближе фокальной плоскости для £>0 (луч 3). Распределение интенсивности в фокальной плоскости в этом случае размывается в пятно радиусом г5. Оценить влияние сферической аберрации можно, сравнивая г8 с радиусом пучка Гйл, обусловленным дифракционной расходимостью. Если га,Р>>г5, то распределение поля в фокальной плоскости мало отличается от распределения поля в дальней зоне пучка
Таблица 1. Параметры усилителей на неодимовом стекле
Номер на рисунке 6 5 10 12
Диаметр АЭ, мм 10 30 60
Длина АЭ, см 25 12 25
Марка стекла ГЛС-22П КГСС КГСС КГСС КГСС КГСС
1621-13 1621-06 1621-04 1621-04
Концентрация ионов N(1, Ю'20, см'3 2.0 0.9 0.6 0.3 0
Тип отражателя Зеркальн Диффузн Диффузн Диффузн Зеркальн Зеркальн
Марка ламп ИФП5000 ИФП5000 ИФП8000 ИФП8000 ИФП8000 ИФП8000
Количество ламп 4 12 12
Электрическая энергия 1¥с., кДж 13.5 17 40
Коэффициент усиления по слабому сигналу йо 300 7.4 6.5 3.9 2
Погонный коэффициент усиления по слабому сигналу а, см’1 0.228 0.167 0.075 0.054 0.0426 0.0426
Запасенная энергия, Дж 10 43 174
Число проходов 1 2 1
Энергия на выходе усилителя, Дж 2 7/20 60 140 200 СО О о
Плотность энергии на выходе, Дж/см2 7.6 2.3/5.4 3.8 3.7 4
Приращение ЛВ на усилителе 0.76 0.4/ 1.1 0.81 0.94 0
Суммарное значение 0.76 1.16/2.3 3.1 4.0 5
Суммарный сдвиг усиленного импульса, не 0.23 0.4/0.6 0.77 0.92 1