《口徑可定標放大的重頻電光開關技術研究》是依託中國工程物理研究院雷射聚變研究中心，由張君擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：口徑可定標放大的重頻電光開關技術研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張君
- 依託單位：中國工程物理研究院雷射聚變研究中心
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
用來控制放大程數、抑制自激振盪的光開關是多程放大系統的核心器件。在高能重頻運轉條件下，開關不僅應有較快的上升沿、可定標到大口徑，同時還需承受數十W/cm2的平均功率密度雷射輻照。探索滿足以上需求的開關技術基礎將為高能重頻雷射器的發展提供有力的技術支撐。電漿電極電光開關技術是目前唯一能夠定標到大口徑的開關技術，同時可採用薄晶體以減少對主雷射吸收產生的熱效應。但由於晶體兩側放電腔內氣壓低，晶體吸收雷射產生的熱量不能被有效地帶走，而光開關為熱敏感器件，較低的熱沉積即可引起嚴重的退偏和波前畸變、甚至熱應力導致晶體碎裂。基於此，提出了反射式電漿電極電光開關概念。將對開關的熱效應及其控制、介質阻擋大面積氣體重頻放電、開關單脈衝驅動等技術基礎進行研究，並建立相應的實驗研究平台，考核高能重頻雷射負載下開關性能，並校正所建立的理論模型和開發的計算程式。從而為該開關技術實際套用提供理論和實驗依據。
結題摘要
高能、重頻雷射技術的發展產生了對口徑可定標放大、可承受高平均功率密度、可重複頻率運轉的光開關技術。為滿足高能重頻套用，光開關除需要解決熱效應的問題，還需要同時考慮大口徑下低電壓驅動、均勻電場載入、損傷閾值等問題，其關鍵在於如何同時解決光、熱、電交叉約束難題。本項目創新地提出了反射式設計、縱向傳導冷卻TEC溫控、混合電極縱向載入開關電壓脈衝的重頻光開關總體技術路線（入射側電漿、另一側電極為反射鏡背側鍍制的金膜），為突破光開關熱效應、通光口徑、損傷閾值等多重限制提供了新的思路。建立了熱效應、低壓氣體輝光放電模型，並開發了相應計算程式，通過數值分析，掌握了光開關熱效應和氣體放電規律。提出了晶體和熱沉低壓氣隙傳導封接方法，數值分析了低壓薄間隙He氣熱導率、熱流密度隨氣壓以及間隙厚度變化規律，在此基礎上，最佳化了封接參數，並開發了封接工藝，實現了晶體和熱沉之間無損傷、低應力傳導封接。提出了分時分迴路驅動方法，解決了反射鏡小電容分壓、電阻限流難題，實現了普克爾盒的低電壓、快回響驅動。成功研製了30mm口徑重頻光開關實驗樣機，實驗結果表明：靜態消光比優於30dB、開關效率≥99.5%，驅動電壓10.5 kV，上升時間為6.5ns，35W/cm2平均功率密度雷射負載下，熱退偏為0.95%、熱致波前畸變小於0.25λ。另外，為10J@10Hz平台研製了40mm口徑10Hz重頻普克爾盒，較好地實現了放大器內自激振盪隔離，輸出能量從先前的0.88J提升至1.5J。 混合電極普克爾盒換熱效率、驅動電壓、電場均勻性與通光口徑無關，因此可將口徑進一步定標放大。該開關技術的掌握為高能、重頻雷射技術的發展提供了有力的技術支撐。
