角多路技術(shù)在準(zhǔn)分子激光放大器中的應(yīng)用

對于準(zhǔn)分子激光放大器，由于激活介質(zhì)的上能態(tài)儲能時(shí)間很短，必須連續(xù)補(bǔ)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(shí)間，t是增益恢復(fù)時(shí)間。對于電子束泵浦的準(zhǔn)分子激光放大器，增益時(shí)間可以長達(dá)200ns，T/t≈100，這意味著對于單個(gè)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(xué)多路編碼技術(shù)。

光學(xué)多路編碼技術(shù)使用脈沖串來提取放大器中的能量，并使得每個(gè)脈沖通過放大器時(shí)都工作在最佳狀態(tài)。要放大的短脈沖通過分束得到多個(gè)脈沖，再通過適當(dāng)?shù)木幋a器得到一個(gè)脈沖串，脈沖之間的間隔一般與放大器增益恢復(fù)時(shí)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(gè)單獨(dú)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(diǎn)火過程要求使用的超短脈沖或者激波點(diǎn)火要求的整形脈沖中有特別的尖峰結(jié)構(gòu)，就必須使用特殊的光路形式，如賽格納克干涉儀結(jié)構(gòu)，結(jié)合幾何分光、物理分光和偏振分光，能夠?qū)崿F(xiàn)相干合束，如圖1(c)所示。

圖1 光學(xué)多路編碼與解碼示意圖

對于大型準(zhǔn)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(dá)到提取放大器能量并實(shí)現(xiàn)合束，使用了角多路編碼技術(shù)，基本原理如圖2所示。這種編碼技術(shù)是在多路編碼技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步將各個(gè)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(jìn)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)模控制和穩(wěn)定運(yùn)行都非常不利。

圖2 光學(xué)角多路編碼技術(shù)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(zhì)波導(dǎo)等傳輸信號的光學(xué)元件來代替，所以首先可以考慮簡化編碼光路的結(jié)構(gòu)。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(shí)現(xiàn)分束和必要的時(shí)間延遲，但是對于高功率準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)，激光波長都在深紫外波段，在這個(gè)波段的光纖還不能完全滿足實(shí)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(dòng)作，即利用電學(xué)延遲來部分實(shí)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(shù)方案。

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