高功率激光放大器脉冲的整形的设计.pdfVIP

　第 11 卷　第 2 期 强 激 光 与 粒 子 束 . 11, . 2　 V o l N o 　1999 年 4 月 H IGH POW ER LA SER AND PA R T ICL E BEAM S A p r. , 1999　 ( ) 文章编号: 　1001—4322 1999 02—0139—04 高功率激光放大器脉冲的整形设计 王　韬, 　范滇元 ( 中科院上海光学精密机械研究所高功率激光物理国家实验室, 上海 800-211 信箱, 201800) 　　摘要: 　针对惯性约束聚变实验对激光驱动器脉冲波形的要求, 将优化控制模型理论运用 于计算激光放大器输入脉冲的预补偿波形, 得到了与实验基本一致的结果。同时给出了我国新 一代高功率激光器“神光 ”装置主放大器级输入脉冲波形的设计要求。 　　关键词: 　高功率激光; 　脉冲整形; 　ICF 驱动器; 　优化 　　中图分类号: 　 821; 78　　　　文献标识码: 　 TL TN A 　　惯性约束聚变 ( ICF ) 研究是实现可控热核聚变, 彻底解决未来能源问题的重要途径之一。 为了可靠地实现对聚变靶丸的压缩和点火, 抑制压缩过程中产生的不稳定性, 同时提高压缩 比, 降低对激光能量的要求, ICF 对作为驱动器的高功率激光器的输出脉冲波形提出了严格的 要求[ 1, 2 ]。但是, 由于实际运行的激光驱动器工作在大能流密度下, 受增益饱和效应的影响, 激 光脉冲在经过放大后将发生波形畸变。畸变的程度与放大器的构型、增益介质的物理特性以及 [ 2 ] 所输出的能量等因素有关 。这就要求必须按照 ICF 物理实验所要求的激光脉冲形状, 相应调 整输入脉冲波形, 预补偿放大过程所造成的波形畸变。这种按照输出脉冲波形求输入脉冲形状 [ 3 ] [ 4 ] 的问题属于一维逆问题 , 一般是按照 模型 逆向计算得到近似解。但是, 对 F ran tz N odvik 于采用多程放大的高功率激光放大器而言, 逆向计算的结果将与计算所用到的中间物理参数 存在较灵敏的影响关系, 导致计算误差增大。文献[5 ] 中提出了采用逐次迭代法正向计算, 虽然 有效地减小了误差的引入, 但同时也增加了运算的复杂度。美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室 ( ) [ 6 ] LLNL 在建造Beam let 中采用了其开发的P rop 92 程序 来进行输入脉冲波形设计, 但具体 的算法并未见到详细的报道。 　　本文首次将计算输入脉冲波形问题归结为动态最优化控制问题, 通过建立最优控制的数 学模型, 利用泛函极值问题求解方法直接计算得到了所要求的放大器输入脉冲波形, 从而避免 了逆向计算所造成的诸多不便, 具有计算快速准确的优点。此外, 按照美国Beam let 装置的光 路构型, 计算了其输入脉冲波形, 得到了与其实验基本一致的结果。同时, 还对我国新一代高功 率激光放大器“神光 ”装置的输入脉冲波形做了具体计算, 对脉冲整形设计提供参考。 1　数学模型 　　目前建造的新一代高功率激光放大器均采用多程放大结构, 由增益饱和效应所引起的激 光脉冲波形畸变主要发生在主放大单元的最后两程放大过程中。对于一定波形的激光