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利用自適應光學元件 200TW先進激光光源實現了波前修正

發布日期:2018-09-12

时时彩杀个位技巧:利用自適應光學元件 200TW先進激光光源實現了波前修正

后三直选做号稳定技巧 www.kuuwzv.com.cn 導讀: 加拿大魁北克大學、莫斯科州立開放大學(Moscow State Open University)和Night N公司(俄羅斯)的研究人員利用大口徑自適應光學元件,對位于蒙特利爾附近Varennes市的200TW先進激光光源(ALLS)實現了激光束的波前修正。[1]據悉,這是第一臺同時具有超高強度、高

        作者:Gail Overton

        加拿大魁北克大學、莫斯科州立開放大學(Moscow State Open University)和Night N公司(俄羅斯)的研究人員利用大口徑自適應光學元件,對位于蒙特利爾附近Varennes市的200TW先進激光光源(ALLS)實現了激光的波前修正。[1]據悉,這是第一臺同時具有超高強度、高對比度系數和高重復頻率的超高功率激光,可用于研究激光與物質的相互作用。


        盡管有些激光與物質相互作用的研究(如高能粒子加速和高亮度X射線源研究)可以采用峰值光強為1018~1019 W/cm2的激光器來實現,然而諸如利用超薄固體金箔靶產生質子,以及開發用于醫學成像的高通量激光硬X射線源等應用,則要求高能激光光源的光強水平達到 1020 W/cm2,同時還要具有很高的峰值功率和平均功率,以及超凈的時間波形。


        為了獲得如此高的光強,通常要求激光的焦斑很小。現有的高功率摻鈦藍寶石激光器系統通??梢曰竦寐隹砦?5fs的激光脈沖,但是提高激光能量會導致放大晶體中產生熱效應,使激光波前發生畸變。雖然利用離軸拋物面反射鏡將激光束聚焦,可以避免非線性效應并降低波前畸變,但是這樣的光學元件不但加工困難,而且成本高昂。

 

 

        研究人員通過在幾個摻鈦藍寶石系統上采用變形反射鏡實現了自適應光學系統,使這些系統的激光強度達到了1022W/cm2。然而,這些系統的焦距較短,而且0.1Hz的重復頻率也無法滿足大多數應用的需求。盡管日本原子能研究院(JAERI)的100TW激光系統實現了近衍射限聚焦,對于23fs 的激光脈沖輸出,光強可達1020W/cm2,然而其激光脈沖對比度系數(定義為激光脈沖峰值功率與背景噪聲的比率)很差。

        自適應光學元件


        為了在200TW級先進激光光源上克服這些缺點,研究人員采用耦合到變形反射鏡的波前傳感器和聚焦光學元件實現了波前測量和光束修正。這套先進激光光源(由法國Amplitude Technologies公司制造)采用了摻鈦藍寶石和啁啾脈沖放大技術。該先進激光光源的中心波長為800nm,激光重復頻率為10Hz,其組成包括一個振蕩器、一個具有固態可飽和吸收體的增強器用于提高脈沖對比度、一個光柵展寬器用于將脈沖持續時間增加到350ps、一個再生放大器,以及一個由總泵浦能量為16J的14個Nd:YAG激光泵浦的功率放大級。


        最開始,由振蕩器產生光譜帶寬為100nm的18fs激光脈沖。一塊聲光可編程散射濾光片(AOPDF)置于展寬器前面用來控制光譜相位,另一塊AOPDF放在再生腔中用來控制脈沖的光譜振幅,經過壓縮之后可以產生半高全寬為55nm、脈寬為25fs、峰值功率為150TW的脈沖輸出。
使用高動態范圍的三階正交相關儀測得激光脈沖的對比度系數優于109。這個參數對于涉及激光束與高密度固體靶相互作用的應用來說是至關重要的。為了防止由于熱透鏡效應引起的束散角變化,以及由熱載荷導致的脈沖波前畸變,研究人員在最后兩級放大中采用制冷部件,將摻鈦藍寶石晶體冷卻到-80℃。


        研究人員采用由48個受高壓控制的壓電陶瓷電極構成的變形反射鏡實現了最優化的激光聚焦。波前測量系統的精度為λ/20。利用一個縮束望遠鏡將光束轉移到波前傳感器上,即可測量波前。Shack-Hartmann型波前傳感器可以重構光束的波前相位圖。在用變形反射鏡進行波前修正前和修正后,都要測量光束波前和焦斑(如圖)。


        如果變形反射鏡上不加電壓,波前的均方根(rms)值為0.471λ,在激光峰值強度1.2×1020W/cm2的1/e2處,激光的光斑尺寸為8.6×14.8μm2。進行波前修正以后,波前的均方根值顯著降至0.063λ,并且1/e2處的光斑尺寸也減小到7.0×7.8μm2,此時對應的峰值強度為3× 1020W/cm2(與未經過修正的波前相比,提高了兩倍多)。


        魁北克大學的研究人員Sylvain Fourmaux表示,“目前我們的目標是證明這樣的激光器系統可用于產生高通量的硬X射線源或質子束?!?/p>

參考文獻:
1. S. Fourmaux, et al., Optics Exp. 16, 11987 (Aug. 4, 2008).