Введение к работе
Актуальность теыы. Лазери, пиковая мощность которых з
диапазоне наносекукдкых длительностей импульсов достигает.
нескольких терраватт. Скли в свое время разработаны для
экспериментов по лазерному термоядерному синтезу (ЛТС). В;
процессе изучения ЛТС требования к лазеру постепенно
прояснялись и сейчас мо*но сформулировать основное черты этого
лазера: выходная энергая лазера, несмотря на все
усовершенствования мишени, должна Сыть порядка Ю- Щж„
длительность импульса 1-10 не. длина волны излучения 0.2-0.6
мкм. частота повторения 1-10 импульсов в секунду, кпд- около 10S.
В настоящее время достигнуты следушие параметры для лазера
на неодимовом стекле: виходная энергия до 100 кДж< при-
длительности импульса ~1 не. частоте повторения I импульс в час
и кпд менее 0.1.
Основными проблемами использования лазеров на. неодимовом стекле для ЛТС до сих пор остаются низкие кіш. и- частота повторения импульсов. Из-за низкого кпд система питания современных лазеров уже превосходит по мощности и.- энергии системы питания самых больших токамаков. Однако., использование Оурко развивающихся в последнее время полупроводниковых,лазерных диодов для накачки твердотельных лазеров,, позволит, повысить кпд кеодимовых лазеров до десятков процентов и частоту. повторения импульсов до сотен герц.
На начальных этапах развития лазерной техники на передний,' план выдвигалисьзадачи улучшения энергетических характеристик лазерных систем. Однако, в ряде случаев практического применения лазеров принципиальным стало достижение дифракционного предела расходимости. Поэтому, новые открытия з области, не-
линейной оптики, такие как обращение волнового фронта, компрессия лазерных импульсов при вынужденных рассеяниях сразу же Оыли использованы для улучшения параметров имепвдхся лазерных систем.
Актуальность и практическая значимость исследований в направлении использования новых методов и явлений для создания эффективных, компактных, мощных лазеров с высокой яркостью обусловлена тем, что результаты тэких исследований могут быть непосредственно применены для решения таких задач , квк ЛТС и взаимодействие излучения с веществом.
Целы) настоящей работы явилось создание мощного высокоэффективного лазера на неодкмовом стекле для экспериментов по ЛТС по схеме, включающей в себя выходной усилитель с составной апертурой, работаший в многопроходном режиме, систему обращения волнового фронта и компрессии лазерного импульса. В работе были поставлены и решены следущие задачи і
1. Исследование ОВФ при ВШБ в сфокусированных пучках
применительно к мощным лазерам и оптимизация параметров
излучения для повышения эффективности ВРМБ-зеркал.
-
Анализ оптических искажений активных элементов и методы их компенсаций с помощью нелинейных элементов.
-
Исследование 01Ф-зеркалэ в режиме компрессии световых импульсов.
-
Изучение работы выходного усилителя с составным активным элементов в виде набора цилиндров и пластин.
5. Исследование физических ограничений мощности выходного
излучения в предложенных схемах реализации мощных лазеров.
Научная новизна работы состоит в том. что здесь I. Реализована схема мошного лазера на неодимовом стекле с сое-
тавной апертурой, обращением волнового фронта и компрессией лазерного импульса. Данная схема может стать прототипом для создания высокоэффективного, компактного, мойного лазера, например, для задач по управляемому ЛТС;
2. Найден режим оптимальных параметров лазерного импульса и нелинейноЯ среды для реализашш ОВФ при ВШБ мощных лазерных импульсов.
3 . При исследовании механизмов ограничения выходных параметров лазера показано, что наряду с ММС другой причиной неустойчивости волнового фронта выходного излучения является ЧВВ в активном элементе лазера.
Пра'тиЧеская ценность работы. Предложенная схема лазера и принципы построения, лежащие в его основе является довольно универсальными, и могут быть легко перенесены в другие области исследований, такие как например создание лидэрных систем для диагностики плазмы или компактных тераваттных лазеров для задач по взаимодействию мощного излучения с веществом. На зяшту выносятся :
1. Экспериментальная реализация и детальное исследование схемы
мощного лазера на неодимовом стекле включавшего в себя систему
ОВФ, компрессию лазерного импульса и выходной усилитель с сос
тавной апертурой общей площадью ix-i см2, со следующими выходными
параметрами: выходная энергия-до 20 Дж. т = 2.5 не, расходи
мость - менее КГ^род.
2. Модификация схемы мощного лэзьра нэ неодимовом стекле.
использующего четырвхпроходный выходной усилитель с
ссоставным активным элементом, состоящим из шесы пластинчатых
элементов, с суммэрной выходной апертурой около 100 см". Пока
зана возможность масштабирования схемы лазера до больших выход-
НЫХ ПНері'ИИ (КИЛОДЖОУЛЬНОГО УрОВКЯ).
3. Результаты экспериментальных исследований выходных характеристик отдельного слаба оконечного--усилителя в различной геометрии. Показано, что в случае когда в выходном усилителе используются пластинчатые активные элементы с зиг-заг ходом, выходное излучение отличалось высокой однородностью по поперечному сечению пучка и большим зкергосъемом при заданной энергии накачки.
4- Результаты исследований ОБФ применительно к моїднкм лазерным системам с составной апертурой. Выбраны оптимальные режимы работа нелинейных элементов при высоких уровнях накачки.
Апробация работы. Результаты диссертации докладывались на XIV Международной конференции КШЮ'Э! (С.-Петербург 19Э1). VII Международной конференции Оптика лазе ров'93 (С.-Петербург 1993), VI совещании по диагностике высокотемпературной плазмы (С.-Петербург 1993), семинарах ЇРИШ1ГИ. МФТИ. ИОФ РАН.
Публикации. Оскозные результаты диссертации опубликованы в шести печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Каждая глава начинается кратким обзором литературы по соответствующим вопгкісам и заканчивается выводами, наиболее важные из которых сформулированы ниже в качестве защищаемых положений. Общи1'', объем диссертации ПО страниц, из них 72 страниц текста и 2~ с рисунками. Библиография включает /^ названий на /3 страницах. . . СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
