角多路技術在準分子激光放大器中的應用

對于準分子激光放大器，由于激活介質的上能態(tài)儲能時間很短，必須連續(xù)補充瞬態(tài)儲能(Em)才能獲得高能輸出，即E=EmT/t，其中T是增益時間，t是增益恢復時間。對于電子束泵浦的準分子激光放大器，增益時間可以長達200ns，T/t≈100，這意味著對于單個要放大的短脈沖，只能提取出很小一部分能量。為了持續(xù)提取出放大器中的儲能，通常使用光學多路編碼技術。

光學多路編碼技術使用脈沖串來提取放大器中的能量，并使得每個脈沖通過放大器時都工作在最佳狀態(tài)。要放大的短脈沖通過分束得到多個脈沖，再通過適當?shù)木幋a器得到一個脈沖串，脈沖之間的間隔一般與放大器增益恢復時間相同。短脈沖信號放大之后，經(jīng)過與編碼器相反的解碼器，將脈沖串再合成為一個單獨的短脈沖，如圖1(a)所示。對于在ns量級以上的短脈沖信號，脈沖之間重合精度可以控制在幾十ps，即各路之間的光程差在cm量級。對于快點火過程要求使用的超短脈沖或者激波點火要求的整形脈沖中有特別的尖峰結構，就必須使用特殊的光路形式，如賽格納克干涉儀結構，結合幾何分光、物理分光和偏振分光，能夠實現(xiàn)相干合束，如圖1(c)所示。

圖1 光學多路編碼與解碼示意圖

對于大型準分子激光系統(tǒng)，要編碼的脈沖數(shù)量在幾十路以上，為了達到提取放大器能量并實現(xiàn)合束，使用了角多路編碼技術，基本原理如圖2所示。這種編碼技術是在多路編碼技術的基礎上進一步將各個脈沖在空間上以不同的角度分開。一般情況下，編碼和解碼過程分別進行，需要大量的分束片和反射鏡，激光傳輸?shù)木嚯x很長，冗長的光路對于系統(tǒng)的規(guī)?？刂坪头€(wěn)定運行都非常不利。

圖2 光學角多路編碼技術原理圖

由于經(jīng)過放大器后，各路激光能量都很高，解碼光路無法用介質波導等傳輸信號的光學元件來代替，所以首先可以考慮簡化編碼光路的結構。從理論上來講，編碼過程可以有多種選擇方式，如利用光纖來實現(xiàn)分束和必要的時間延遲，但是對于高功率準分子激光系統(tǒng)，激光波長都在深紫外波段，在這個波段的光纖還不能完全滿足實用要求。另外，為了減少編碼的空間光路長度，可以使用多臺激光振蕩源，不同振蕩源之間按照固定的延遲同步動作，即利用電學延遲來部分實現(xiàn)角多路編碼的功能，這在編碼路數(shù)很多還要保持系統(tǒng)規(guī)模較小的情況下，是一種可以考慮的技術方案。

更多資訊請關注：21ic模擬頻道