大直径高能krf激光束强度分布实验研究

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1、第11卷　第3期强激光与粒子束Vol.11,No.31999年6月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSJun.,1999文章编号:1001-4322(1999)03-0257-05X大直径高能KrF激光束强度分布实验研究冯　奇,龚　坤,李　静,单玉生,王乃彦(中国原子能科学研究院,北京275信箱7分箱,102413)　　摘　要　利用阵列探测器测出大直径(<267mm)、高能量(400J)KrF激光束强度空间分布的均匀性和总能量。随着二极管电压的降低,双向泵浦的束强度空间分布的均匀性变差,甚至成为马鞍型。二极管的

2、最佳工作电压为550～600kV。　　关键词　KrF激光;近场束强度分布;二极管电压;裸钽片量热体;阵列探测器　　中图分类号:TN247文章识标码:A　　在惯性约束聚变研究中为得到高能量输出采用大口径激光器,光束近场束强度分布不均匀性很严重,会引起元件局部热变形,严重影响光束的聚焦性能和远场的传输性能,甚至损坏激光器的元器件,使实验无法进行。在近场情况下,测量大口径高能量激光束强度分布的均匀性,用通常的方法有一定的困难,例如,紫外光感光法仅仅是定性测量,热效应法是二次测量。CCD(ChargeCoupleddevice)相机很难给出大

3、口径高能量KrF激光束强度空间分布的实际情[1]况,仅有人做过近场强度分布模拟计算。总之,大口径高能量激光束强度分布均匀性的研究[2]还没有一个有效的工具和方法。大面积(315mm×315mm)KrF激光阵列探测器的口径可做至1m量级,改变量热体的厚度可提高其灵敏度和接受的能量,它的特点是直接测量而不会引起波前畸变,经刻度标定可作绝对测量。采用微机实现在线测试,实时获得数据,是研究大口径高能量KrF激光束非常有效的工具。#　　天光É主放级采用四个大面积二极管双向泵浦产生直径<267mm、能量400J、波长[3,4]248nm($K<1

4、nm)KrF激光束。本文对<300mm大腔镜产生的大直径高能量KrF激光束强度分布作了实验测量,给出了激光束强度分布均匀性的实验结果,及其随二极管工作电压的变化。1　实验原理和设备　　阵列探测器的测量结果可以用矩阵表示a11　⋯　a1j$T11　⋯　△T1jA=⋯　⋯　⋯=cQV⋯　　⋯　　⋯(1)ai1　⋯　aij△Ti1　⋯　△Tij其中i和j分别是行数和列数,对21×21=441阵列探测器i和j都是1,⋯,21,矩阵元素aij=cQVij△Tij(Uij)　　　△Tij(Uij)=Tij(Uij)-Tij[Uij(0)]3式中,

5、aij是第i行、第j列量热器测量值,Vij是其体积(cm),工艺上为保证一致性,Vij为常数3V,c是量热体的比热容(Jö℃·g),Q是其密度(göcm),Tij[Uij(0)]是激光束入射到第i行第jX国家863激光技术领域资助课题1999年1月28日收到原稿,1999年3月29日收到修改稿。冯　奇,男,1939年10月出生,副研©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.258强激光与粒子束第11卷列量热器之前其电动势相应的温度,Tij(Uij)是激

6、光束打上之后,达到热平衡时,电动势Uij相应的温度,△Tij(Uij)是上述两状态的温差。依据光学波2粒双重性原理和激光单色性,测出矩阵每个元素△Tij,能量分布A就是激光束的强度分布。　　阵列探测器是由量热器阵列、“0”点装置和Fy21数据采集系统三部分组成。量热器阵列由21×21=441量热单元组成,每个单元由13mm×13mm的裸钽片和镍铬2考铜(chromel2copel)热电偶构成。依据金属的光学特性,金属钽片对紫外光较灵敏,采用裸金属钽片代替通常热测量中采用的石墨或黑金技术。金属钽片可以加工得很薄(几十微米),提高了灵敏度

7、,下222限可达到30mJöcm,而且在30mJöcm～1.1Jöcm范围内,响应呈线性。此外,金属钽片熔点温度高、耐辐照,是很好的量热体。　　“0”点装置是采用液氮(置于杜瓦瓶中)作保温介质,以液氮的沸点温度作参考温度,液氮沸点温度性能稳定,441路本底误差在0.02～0.03mV之间。液氮又是良好的绝缘体,因此,“0”点装置保证了多路亚微伏小讯号的物理测量精度。Fy21数据采集系统实现在线测量,阵列探测器研制的详细描述见文献[2,5]。2　实验结果和讨论　　双向泵浦四个大面积电子束二极管的工作参数如表1所示。激光腔<267×120

8、0mm,充总5气压为2×10Pa混合气体,氩气89.6%、氪10%、氟气0.4%,窗镜<267mm,平行平面腔,腔镜<300mm,用阵列探测器测得实验结果如下。表1　四个二极管的参数和激光束能量Table1ThePara