高功率KrF激光优化技术及应用探索

"高功率KrF激光性能改进及其应用" 本文主要探讨了高功率KrF激光的技术改进和实际应用。KrF激光是一种重要的高能激光类型，其在核聚变、材料加工、粒子加速等领域有广泛应用。文章指出，通过采用无阶梯诱导空间非相干技术，可以改善6束角多路高功率KrF激光束的性能，特别是对其中一束激光束进行光束平滑处理。这一过程利用前端振荡器的双程放大自发辐射（ASE）作为部分相干源，这部分相干光经过4f像传递系统，然后由电子束抽运的预放大器和主放大器进一步放大，最终在靶上形成能量为30 J、脉宽为40ns、靶斑直径300μm的聚焦激光束，其分布不均匀性控制在σ≤1.4%。 此外，文章还介绍了如何通过增益饱和开关技术来压缩脉宽。传统的23ns前端单束类高斯型脉冲在经过主振荡功率放大器（MOPA）后，脉宽会扩展到50ns。但通过增益饱和开关技术，可以将脉宽压缩至25ns，从而获得30 J能量的高能脉冲。这种优化后的单束激光被用于照射飞片（一种高速移动的薄片靶），飞片由50μm的Kapton膜和13μm的Al层组成，飞片在160μm的空腔距下撞击单晶石英靶片，利用条纹相机测量飞片的撞击速度，结果显示飞片速度约为8 km/s，这与1-D HYADES流体动力学模拟结果一致。 进一步的研究表明，通过建立钛宝石和KrF混合型台面的紫外高强度超短脉冲（440fs）激光系统，能够在靶面上实现10^17 W/cm²的极高聚焦强度。这种激光系统对于超热电子的研究具有重要意义，研究人员开发了一种180°电子磁谱仪，能够直接测量超热电子谱，结果显示超热电子的温度约为81 keV。同时，利用这种超短脉冲激光注入电子束泵浦KrF预放大器和主放大器，可以产生8J的皮秒级超短脉冲。文中还讨论了能量信噪比随着主放大器输入增大而下降的规律。 这篇论文展示了高功率KrF激光性能的改进方法，包括光束平滑技术和增益饱和开关技术，以及这些技术在飞片加速、超热电子研究和超短脉冲激光系统中的应用，为高能激光领域的研究提供了重要的理论和技术支持。