全固态多程相位调制宽带脉冲光源

Broadband laser can efficiently suppress parametric instabilities during the laser-plasma interaction in indirect drive Inertial Confinement Fusion (ICF). Generating broadband nanosecond laser pulse is of significant importance for the indirect ICF research. According to the requirement of shaped broadband nanosecond pulse in large Nd-glass laser facility, a solid-state broadband laser system based on multipass phase modulation is presented, which essentially is an optical resonator containing a bulk phase modulator. In combination with the front-end system, this broadband laser source is able to generate almost arbitrarily shaped pulses. Without using grating pairs, this technology can promise both time and frequency domain characteristics of the broadband pulse. The multipass transmission under the condition of finite adjustment of cavity mirror positions and uniform spectrum gain compensation of broadband pulse is analyzed theoretically. On the basis, a multipass phase modulation broadband laser system is designed, and the spectrum and beam quality of this system is researched. This technology can generate broadband nanosecond laser pulse with arbitrary temporal shape, which is expected to greatly improve X-ray conversion efficiency in indirect ICF.

宽带激光能够有效抑制间接驱动惯性约束聚变（ICF）中的SBS和SRS等参量不稳定性，研究纳秒宽带激光的获取具有十分重要的科学意义。本项目针对大型钕玻璃激光装置急需的纳秒宽带脉冲，创新性的提出和研究基于多程相位调制的全固态任意脉冲波形宽带光源，其核心是含有高频体材料相位调制器的谐振腔，与集成波导前端系统相结合，它具有脉冲波形的可变设计性。该宽带激光产生方案无需采用光栅对等展宽元件，可同时保证输出脉冲的时域和光谱特性。理论上，将重点研究在腔镜有限调节条件下的光束自再现多程传输以及宽带激光均匀增益补偿问题，实现多程相位调制宽带光源的优化设计。实验上，分别研究宽带光源的输出光谱和光束质量特性，完成对技术方案的考核和评估。本项目具有直接而重要的应用前景，有望产生具有优良光谱特性的任意脉冲波形纳秒宽带激光，有效提升间接驱动ICF的激光束靶耦合效率。

在间接驱动惯性约束聚变中，激光与等离子体相互作用（LPI）产生的受激拉曼散射（SRS）和受激布里渊散射（SBS）等参量不稳定性会极大降低激光靶丸耦合效率，最终阻碍聚变点火的实现。宽带激光由于能够破坏参量过程的共振匹配条件，因此能够抑制LPI过程中的参量不稳定性。本项目针对大型钕玻璃激光装置急需的纳秒宽带脉冲，创新性的提出和研究基于多程相位调制的全固态宽带脉冲光源，其核心是含有高频体材料相位调制器的谐振腔。该方案的优点是无需采用展宽器，并且具有脉冲时间波形的可变设计性。在项目研究中，结合本项目组发展多年的钕玻璃再生放大器技术，我们实现了多程相位调制的动态稳定谐振腔的设计和搭建，并在实验上获得了光谱带宽为4.32nm的宽带ns脉冲。另外，通过数值模拟，在理论上实现了针对多程相位调至光源的腔内和腔外光谱补偿，补偿后的平顶光谱带宽分别为2.1nm和8nm。同时，针对目前实验中遇到的问题进行了分析并提出了下一步的改进方案。本项目研究成果在经过下一阶段改进后，有望为高功率激光装置提供物理实验所需的宽带激光种子源。