有源反射镜构型多采用正面或背面抽运方式, 与透射构型相比有两方面优势:一方面, 可以实现激光光束单程双通放大, 单程增益高, 能量提取效率高; 另一方面, 激光增益介质表面可以通过直接接触增益介质表面的流体而进行冷却, 能够更加有效地解决激光增益介质的散热问题, 非常适合高重频高功率激光系统。近年来, 有源反射镜构型因其独特的优势而广泛应用于激光二极管抽运的薄片激光系统中。德国斯图加特大学Giesen等研制的薄片激光器、日本大阪大学报道的低温陶瓷激光器和法国LUCIA激光装置均采用了激光二极管抽运有源反射镜构型。国内, 中国工程物理研究院采用有源反射镜构型搭建了一套10 Hz Yb∶YAG薄片激光器, 获得3.3 J脉冲能量输出。2013年, 上海光机所施翔春课题组采用低温下的Yb∶YAG薄片激光放大系统获得了6.05 J、1 Hz脉冲激光输出。2015年, 清华大学报道了激活反射镜Nd∶YAG激光放大系统, 该系统获得了20 Hz、2 J激光脉冲输出。

磷酸盐钕玻璃具有荧光寿命长、吸收光谱带宽、高储能以及尺寸大等特点而被广泛应用于高功率激光系统中。中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室在原有实验经验积累基础上设计并搭建了一套氙灯抽运、百焦耳级有源反射镜钕玻璃激光放大系统, 实验研究了该激光放大系统的增益特性及能量提取。

该课题组搭建了一套氙灯抽运的有源反射镜钕玻璃激光放大器系统。实验研究了有源反射镜钕玻璃激光放大器的增益特性及能量提取。钕玻璃几何尺寸为380 mm×160 mm×30 mm,掺杂浓度为2.2 %(质量分数)。充电电压为23 kV时,实验测得系统的小信号增益系数为0.056 cm-1,储能效率为2.0%。充电电压为22 kV时,输出激光光斑尺寸为 126 mm ×126 mm,脉冲宽度为5 ns;预放注入能量为6.67 J时,激光放大系统获得最大为349 J的能量输出。系统静态波前峰谷(PV)值为8.38 λ。

图1 实验装置光路示意图

图2 放大器装置示意图

图3 不同充电电压下的小信号增益系数和储能效率

图4 充电电压为22 kV时激光放大器的输出性能

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