DPSSL能量取得新突破（HPL, 2020, e20）

Saumyabrata Banerjee, Paul Mason, Jonathan Phillips, et al. Pushing the boundaries of diode-pumped solid-state lasers for high-energy applications[J]. High Power Laser Science and Engineering, 2020, 8(2): 02000e20

       当今科技的飞速发展，要求下一代激光器能够提供更高能量的脉冲和更高的激光重复频率。更高能量的激光器将广泛应用于尖端科技领域中，这些应用领域包括先进材料加工、激光冲击强化、高能量密度（HED）物理研究，以及超高强度拍瓦级飞秒激光泵浦产生X射线、γ射线和粒子源（电子、质子和介子）。

       DiPOLE指低温气体冷却多板条Yb: YAG放大器技术。DiPOLE使激光器产生的脉冲具备非常高的能量以及高重复频率，并能够实现非常精准的调整和对激光脉冲定时的精确控制。英国中央激光设施组（CLF）的高级激光技术和应用中心（CALTA）是DiPOLE的先驱。

       2015年，DiPOLE系统的单级原型低温气体冷却放大器在10 Hz时实现了超过10 J的输出，其光学效率为22%。2017年，P. Mason等人首次报道了10 Hz时在两级低温放大器中将能量放大到100 J的情形，该放大器位于捷克HiLASE设施。

       近日，CLF卢瑟福实验室的Saumyabrata Banerjee等报道了将DiPOLE技术放大至1 Hz时150 J的脉冲能量，这是目前文献报道的二极管泵浦固态激光器获得的最高能量。研究成果发表在High Power Laser Science and Engineering 2020年第2期上。该结果是在开发D100X的二级低温气冷放大器的过程中获得的，该放大器将提供给欧洲XFEL设施用于高能量密度科学实验。

图1. D100X激光器的3D模型。插图为105 J，10 Hz的远场图像。

图2.（a）D100X激光器具有自动脉冲整形功能的示例，可在> 75 J，10 Hz的条件下实现平顶时间轮廓；（b）10 Hz下6 h内的稳定性。

激光器的标称工作条件为100 J，10 Hz下脉宽为10 ns，具有先进的时间脉冲整形功能，可实现材料的低熵压缩。研究人员展示了来自低温气体冷却的多平板Yb: YAG激光器的150 J，1 Hz纳秒脉冲输出。该系统现已超出原来的设计规格，目前被XFEL和CLF的工程师和科学家组成的联合团队安装在XFEL的激光实验室中，用于XFEL的高能量密度终端站。

       研究人员还进一步研究了激光性能对温度、二极管泵输入能量和种子能量的依赖性。激光器效率随着放大器温度的降低而提高，固定温度时，增加种子能量也观察到类似趋势。在600 J泵浦输入下，提取的激光能量增加到150 J（持续时间为1 ms），即使增加种子能量输入，效率也会降低并保持恒定。该结果表明需要温度、种子能量和泵浦输入能量的最佳组合，才能得到最佳效率，提取到最大能量。