新型集成光学多路光脉冲产生系统

王建军  李明中  隋  展  林宏奂  丁  磊  唐  军  邓青华  罗亦鸣  董一方

光脉冲产生系统作为高功率激光聚变(ICF)驱动器的“种子光源”，是驱动器最核心的系统之一，它的性能参数决定了整个驱动器的多项关键参数。系统采用光纤光波导技术，使前端系统达到了集成化、模块化的效果，解决了极多路的分光束问题，提高了系统的稳定性和可靠性。采用电脉冲堆积整形技术结合集成光学波导调制技术，加强了前端系统的整形能力。在多路光纤激光系统集成技术及窄带滤波加双程放大、高精度光脉冲同步、单纵模光纤激光产生等关键单元技术具有独到的技术特点，脉冲偏振控制单元技术上实现了自主知识产权的创新，在工业、科研及军事等领域具有广泛的应用前景。多项关键单元技术已经推广应用到“神光”–Ⅲ主机装置前端系统的研制中。

系统具有灵活的时间整形能力、易于分束、系统易于运行及维护、柔性长程传输以及高稳定性、高可靠性等技术特点，同时具有精密功率平衡及精密时间同步调整功能。可满足多项物理实验对前端系统时间特性的要求，包括脉冲上升时间、脉冲形状以及脉冲宽度等。新型集成光学多路光脉冲产生技术，是我国继美国之后自主独立开发与掌握的核心技术。

采用该项技术研制的光脉冲产生系统已经在“神光”–Ⅲ原型激光装置上应用并稳定运行近两年多时间，状况良好、稳定性优异，达到了预期的目标。在国内首次将全光纤全固化的新型前端技术路线应用于大型激光装置，满足了“神光”–Ⅲ原型装置对多路种子激光脉冲的要求，并能提供长期稳定地运行，系统所达到的技术指标如表1所示。

表 1  “神光”–Ⅲ原型装置光脉冲产生系统主要输出指标

测试项目
测试结果

1
激光束数
4束

2
输出波长
1053.176 nm

3
输出功率
第一路
第二路
第三路
第四路

5.12 W
5.80 W
4.03 W
5.19 W

4
重复频率
1，10 Hz，1 kHz均可工作

5
脉冲波形
主脉冲宽度1~5 ns（具有较强的整形能力）

6
单束稳定性
第一路
第二路
第三路
第四路

1.02%
0.93%
1.43%
1.72%

7
信噪比(时间)
第一路
第二路
第三路
第四路

46.8
47.6
47.2
46.7

8
束间时间同步控制
具有束间时间同步调节功能

9
束间功率平衡控制
具有4路功率平衡调节功能