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为了获得大能量输出的ICF驱动器同时满足元件的抗激光损伤阈值要求,发展大口径的放大器势在必行。棒状放大器在口径增大到一定程度时会出现泵浦困难,增益不均匀等问题,因此片状放大器必然是ICF驱动器中所选择的主放大器类型。钕玻璃是片状放大器最常用的增益介质,其增益能力直接决定了片状放大器的能量输出。随着通光口径的不断增大,放大自发辐射(ASE)和寄生振荡(PO)对钕玻璃片储能的影响越来越显著,也是钕玻璃片及片状放大器口径增大的主要限制因素。ASE在增益介质中传输一旦形成闭合回路,且增益大于损耗即形成PO。一旦抑制了ASE,配合增益介质切小斜角,PO能够得到有效的抑制。强ASE有两个途径,其一为高增益,与片状放大器能量转换过程有关;其二为长路径,一般采用侧面包边结构截断,包边结构界面处一般包含三种光学现象,透射,反射,散射,其中透射和反射与包边剩余反射率有关,散射则由加工缺陷产生,其存在影响了包边结构的ASE抑制能力。因此本文从这两个方面探寻抑制ASE的方法,对发展更大口径的片状放大器有重要意义。 本研究主要内容包括:⑴概述了使用片状放大器的意义,从片状放大器构型,增益介质总类及形状等方面简述了片状放大器的发展成果。其次概述了为抑制钕玻璃片ASE和PO而发展的包边结构,论述了各种包边结构的优缺点。⑵在神光Ⅱ主放大器参数条件下,采用蒙特卡洛和光线追迹算法构建了考虑ASE时钕玻璃片三维储能分布程序,计算了包边完全吸收时,储能分布随泵浦时间的变化关系,计算结果与文献报道结果相同。计算了考虑包层剩余反射率为0.05%时,增益介质泵浦结束后的平均小信号增益系数为4.1305m-1,并与采用探针法测量的平均小信号增益系数进行了对比。计算了不同剩余反射率时小信号增益系数和增益均匀性的变化,计算结果表明,对于通光口径为310mm的钕玻璃片,剩余反射率大于0.1%时小信号增益系数和增益均匀性显著下降。受激发射截面增加虽然能够增加小信号增益系数但会导致增益均匀性下降。随着泵浦作用时间增加,小信号增益系数和增益均匀性下降,因此,在保证氙灯工作在临界阻尼状态下时应尽量减少泵浦作用时间。在现有初始储能密度情况下,增大口径意味着增益能力下降,大口径下要获得现有增益能力需要增大初始储能密度。⑶包边结构是大口径钕玻璃片中抑制ASE的主要途径,然而钕玻璃侧面一般采用铣磨加工(数控加工的一种),较多的亚表面缺陷残留在加工后材料的表层,降低了包边结构抑制ASE的能力。全面分析了研磨抛光中的亚表面缺陷类型,根据力与材料的应力作用对缺陷进行了建模,并提出等效剩余反射率以定量地描述加工后亚表面缺陷对钕玻璃片增益的影响。采用FDTD solutions计算了加工过程中的典型缺陷不同角度入射时的散射特性,并进行了散射测量实验。以数控加工(CNC)抛光中形成的主要缺陷塑性形变型为例,在c类单网格区域内,缺陷数大于50时,对于口径为310mm钕玻璃片包边结构,剩余反射率由0.05%增大至0.1%,引起增益下降。针对加工缺陷散射,对CNC加工后的钕玻璃侧面酸洗15分钟并镀增透膜有助于减少缺陷散射,并进行了实验验证。据此提出了2种改进的包边结构。一种在原有包边结构中增加了钕玻璃侧面酸洗并镀膜操作,另一种直接采用薄膜作为无机粘剂将激光玻璃和包边玻璃粘合起来。后者不仅减缓了侧面加工缺陷散射,且避免了原包边结构中使用的有机包边胶在高氙灯辐照下易分解脱落耐候性较差等问题。⑷针对提出的采用薄膜作为无机粘剂包边方法,从键合的角度探索了实现方案。首先调研了已有的各种键合方法及其键合机理。低温键合法,即氢氧化物催化键合方法具有键合温度低,透光性较好,结构稳定等优点,是一种实现无机粘剂包边的可行方法。基于氢氧化物催化键合提出了低温激光玻璃键合包边方法,并根据此方法选取不同键合溶液制作了钕玻璃键合样品,进行了氙灯辐照实验。采用NaOH水溶液并进行加压处理,及采用硅酸钠水溶液制成的键合样品在2000发次均未出现炸裂,初步验证了这种方法的可行性。