超強(qiáng)激光科學(xué)卓越創(chuàng)新簡(jiǎn)報(bào)

(第四百八十八期)

2024年3月18日

上海光機(jī)所在ICF高功率激光驅(qū)動(dòng)器幅頻調(diào)制(FM-to-AM)研究中取得新進(jìn)展

近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)神光Ⅱ升級(jí)裝置全鏈路的幅頻調(diào)制(FM-to-AM)情況進(jìn)行了分析。相關(guān)成果以“Theoretical analysis of frequency modulation-to-amplitude modulation on the final optics and target of the SG II-Up laser facility”為題發(fā)表在High Power Laser Science and Engineering上。

在優(yōu)化慣性約束核聚變中激光-靶的相互作用時(shí)，要求每束激光都具有良好的時(shí)間-功率曲線控制能力以及靶面均勻性控制。而幅頻調(diào)制(FM-to-AM)是影響高功率激光裝置時(shí)間-功率曲線的一個(gè)重要因素。在高功率激光驅(qū)動(dòng)器中，為了避免大口徑光學(xué)元件的受激布里淵散射(SBS)效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)更平滑的靶面光強(qiáng)分布，需要在前端系統(tǒng)中采用基于正弦相位調(diào)制的頻譜展寬技術(shù)。理想情況下，純相位調(diào)制不影響時(shí)間特性，然而當(dāng)調(diào)頻激光以非均勻傳遞函數(shù)進(jìn)行傳輸時(shí)，頻率調(diào)制將轉(zhuǎn)換為幅度調(diào)制。對(duì)于高功率激光驅(qū)動(dòng)器，幅頻調(diào)制的產(chǎn)生來源是多種多樣的。由于時(shí)間-功率曲線控制會(huì)影響激光-靶的最佳相互作用，且調(diào)幅產(chǎn)生的強(qiáng)度峰值會(huì)破壞光學(xué)器件并影響激光器的性能，因此抑制FM-to-AM轉(zhuǎn)換至關(guān)重要。目前，美國(guó)的NIF裝置、法國(guó)的LMJ裝置以及中國(guó)的神光系列裝置等均對(duì)FM-to-AM的抑制開展了一系列研究工作。

研究人員前期采用基于單偏振傳輸光纖的全單偏振前端系統(tǒng)和基于光柵的群速色散補(bǔ)償單元，解決了偏振模色散和群速色散引起的幅頻調(diào)制，同時(shí)發(fā)展了全光譜段保真放大技術(shù)，解決了放大系統(tǒng)的增益窄化問題，實(shí)現(xiàn)基頻時(shí)域調(diào)制度小于5%@0.3nm(3G+20G)。

在該工作的基礎(chǔ)上，研究人員進(jìn)一步開展了納秒終端和靶面的幅頻調(diào)制量的評(píng)估研究，結(jié)果表明，由于色散光柵和聚焦系統(tǒng)的結(jié)合，楔形靶鏡(WFL)入射面上的調(diào)制度為19%，而靶面上的調(diào)制度為4.9%。值得注意的是，50%的調(diào)制度來源于高頻的20GHz。此外，在光譜色散勻滑階段使用的色散光柵會(huì)引入時(shí)間延遲，該色散光柵和聚焦透鏡的共同作用相當(dāng)于一個(gè)8GHz (3dB帶寬)的高斯低通濾波器，其中20GHz的光譜成分透過率小于15%，高頻成分被大大濾除，實(shí)現(xiàn)了將靶面上的調(diào)制度降低到5%以下。

該工作為ICF高功率激光驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行過程中的幅頻調(diào)制監(jiān)測(cè)、終端光學(xué)組件的負(fù)載能力評(píng)估以及激光-靶相互作用評(píng)估提供了重要依據(jù)。

相關(guān)研究得到中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略重點(diǎn)研究項(xiàng)目支持。

原文鏈接

圖1：3G+20G雙頻相位調(diào)制下， (a)主放大器后；(b)WFL入射面上；(c)光束取樣光柵上以及(d)靶面上的幅頻調(diào)制以及對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度譜分布情況。

圖2：(a)楔形靶鏡前(藍(lán)色)后(紅色)的時(shí)域調(diào)制情況；(b)AM譜傳遞函數(shù)