Skupina vysokoenergetických deskových laserů

Ing. Martin Divoký, Ph.D.

Funkce zaměstnance
Vedoucí pracovní skupiny
Telefon
314 00 77 21
E-mail
divoky [at] fzu.cz
Lokalita
Dolní Břežany (Hilase)
Místnost
2.10
Souhrn

Laserový systém HiLASE 100 („Bivoj“) byl vyvinut a zkonstruován v Anglické Central Laser Facility (CLF). Stavba byla zahájena v dubnu 2013 a dokončena v říjnu 2015. Po převozu z CLF do Centra HiLASE byl laser Bivoj znovu sestaven a během 12 měsíců plně zprovozněn společným týmem CLF a Centra HiLASE. Pro CLF toto obnášelo 17 pracovních návštěv Centra HiLASE 15-ti členy týmu (dohromady 140 pracovních dní).

Text

Laserový systém HiLASE 100 („Bivoj“) je založen na architektuře MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) sestávající z několika zesilovačů, jak je schematicky naznačeno na obrázku 1. Čelo laserového systému (tzv. front-end) dodává tvarované, 2-10 ns dlouhé laserové pulzy na vlnové délce 1029,5 nm o energii kolem 100 mJ se čtvercovým prostorovým rozložením intenzity (flat top) o rozměrech 21,5×21,5 mm2. Tyto pulzy jsou zesíleny v kryogenním předzesilovači nejprve na energii až 10 J. Výstupní čtvercový svazek je rozšířen na 75x75mm2 a koncový kryogenní zesilovač následně zvýší energii pulzů až na úroveň 100 J. Oba kryogenní zesilovače jsou založeny na architektuře deskových zesilovačů (multi-slab), kde se jako aktivní prostředí používají keramické desky z Yb:YAGu, které jsou chlazeny rychlým proudem helia na kryogenní teploty a které využívají více-průchodového uspořádání pro zužitkování energie vložené čerpacími laserovými diodovými zdroji s vlnovou délkou 940 nm. 3D model celého laserového systému HiLASE100 je vidět na obrázku 1. Podrobnosti o uspořádání jednotlivých kryogenních zesilovačů, o systému využití energie a o různých čáístech celého laserového systému byly prezentovány v několika publikacích.

Na Obrázku 2(a) jsou k vidění operační data 5 minut prvního běhu při 105 J, 10 Hz jasně ukazující úvodní proces postupného navyšování energie. Této výstupní energie bylo dosaženo při čerpací energii 465 J a provozní teplotě 150 K, značící energetickou účinnost z optické do optické energie 22,5%, jak je vidět na obrázku 2(b).

Během několika běhů bylo generováno 4,3 × 104 laserových pulzů na energii přes 100 J s dlouhodobou energetickou stabilitou lepší než 1 % RMS (měřeno při jednu hodinu dlouhém běhu). Příklad dlouhodobého stabilního provozu 100 J laseru je k vidění na obrázku 3 níže.

Na obrázku 4(a) je k vidění výstupní prostorový profil svazku pořízený kamerou při 102 J a 10 Hz, společně s horizontálním průřezem středem svazku. Červená křivka má super-gaussovskou závislost 10. řádu a prokládá modrou křivku průřezu. Kruhové interferenční proužky viditelné ve stopě svazku pocházejí z difrakcí v diagnostické větvi laserového systému. Snímek ohniska svazku při maximální výstupní energii je k vidění na obrázku 4(b). Pološířka úhlového rozšíření v polovině maxima (FWHM) středního vrcholu je 19 µrad (osa x) a 20 µrad (osa y), což odpovídá 1,5- a 1,6násobku difrakčního limitu pro čtvercové super-gaussovské svazky. Nastavení deformovatelného zrcadla bylo stejné jako v případě testů při 1 Hz a jeho optimalizace by mohla výsledky zlepšit.