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间隔掺杂低温Yb:YAG叠片激光放大器热效应研究

Thermal effects in cryogenically cooled Yb:YAG multislab amplifiers with Cr4+:YAG interlayers

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【作者】 肖凯博蒋新颖袁晓东严雄伟李敏王振国李明中郑建刚郑万国

【Author】 Kaibo Xiao;Xinying Jiang;Xiaodong Yuan;Xiongwei Yan;Min Li;Zhenguo Wang;Mingzhong Li;Jiangang Zheng;Wanguo Zheng;Research Center of Laser Fusion,China Academy of Engineering Physics;Collaborative Innovation Center of IFSA,Shanghai Jiao Tong University;Graduate School of China Academy of Engineering Physics;

【机构】 中国工程物理研究院激光聚变研究中心上海交通大学IFSA协同创新中心中国工程物理研究院研究生部

【摘要】 针对重复频率运行下低温氦气冷却的间隔掺杂Yb:YAG叠片激光放大器中热效应的问题,提出了一种多层Cr4+:YAG热管理技术。利用三维有限元和琼斯矩阵方法,分析了不同Cr:YAG结构激光介质中温度和应力应变分布,并模拟计算了热致双折射退偏损耗和波前畸变。数值结果表明,通过设计两层和三层Cr:YAG结构,增益区内的横向温差降低到1.5 K以内,光束经过整个放大器后平均退偏损耗和波前畸变可分别减少到0.5%、0.8λ;进一步合理地设计Cr:YAG层数和吸收系数能有效消除热效应对光束质量的影响。

【Abstract】 In this paper, thethermal management techniqueof multi-layer Cr4+:YAG medium is presented for mitigatingthermal effects in cryogenichelium gas cooled Yb:YAG multislab amplifiers with Cr:YAG interlayers operating at a repetition rate.The distributions of temperature, stress,depolarization lossesandoptical path differencein four amplifier architectures with different Cr:YAGwere numerically calculated by a three-dimensional finite element analysis and the Jonesmatrices method.Numerical simulations show that the properly designed two-layer and three-layer Cr:YAGresult in a very small transverse temperature gradient(<1.5 K) in the first slab.The resulting averagedepolarization losses and optical path differencefor a laser headare reduced to 0.5% and 0.8 λ, respectively.Furthermore, the impact of thermal effects on the output beam quality can be vanish by properly designing the number, widths, and absorption of the multi-layer Cr:YAG.

【基金】 中国工程物理研究院聚变能源中心项目(R2014-0202-01和R2014-0202-02)资助课题
  • 【会议录名称】 激光聚变能源检测与驱动技术研讨会摘要集
  • 【会议名称】激光聚变能源检测与驱动技术研讨会
  • 【会议时间】2015-11-18
  • 【会议地点】中国四川成都
  • 【分类号】TN722
  • 【主办单位】中国工程院信息与电子工程学部、国家自然科学基金委员会、中国光学工程学会
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