Šanghajský institut optiky a přesných strojů (SIPM) dosáhl nového pokroku ve výzkumu ICF vysoce výkonného laserového ovladače amplitudově-frekvenční modulace (FM-to-AM)

Nedávno výzkumný tým ze Společné laboratoře fyziky vysokovýkonných laserů, Šanghajský institut optické přesnosti a mechanického výzkumu, Čínská akademie věd (SIPM), analyzoval amplitudově-frekvenční modulaci (FM-to-AM) celého spojení. modernizačního zařízení Shenguang II. Výsledky jsou shrnuty jako "Teoretická analýza modulace frekvenční modulace na amplitudu na konečné optice a cíli Byla publikována teoretická analýza modulace frekvenční modulace na amplitudu na koncové optice a cíli laserového zařízení SG II-Up" v oboru High Power Laser Science and Engineering.
Při optimalizaci interakce laser-cíl při inerciální fúzi je vyžadováno, aby každý laserový paprsek dobře řídil křivku čas-výkon a rovnoměrnost povrchu cíle. A amplitudově-frekvenční modulace (FM-to-AM) je důležitým faktorem ovlivňujícím profil času a výkonu vysokovýkonných laserových zařízení. U vysokovýkonných laserových ovladačů, aby se zabránilo efektu stimulovaného Brillouinova rozptylu (SBS) optiky s velkou aperturou a dosáhlo se hladší distribuce intenzity cílového povrchu, je v systému front-end vyžadována technika rozšíření spektra založená na sinusové fázové modulaci. V ideálním případě čistá fázová modulace neovlivňuje časové charakteristiky, ale když jsou FM lasery vysílány s nerovnoměrnou přenosovou funkcí, frekvenční modulace se převádí na amplitudovou modulaci. U vysokovýkonných laserových ovladačů jsou zdroje generování amplitudově-frekvenční modulace různé. Potlačení konverze FM na AM je kritické, protože řízení profilu čas-výkon ovlivňuje optimální interakci laser-cíl a protože špičky intenzity generované amplitudovou modulací mohou poškodit optiku a ovlivnit výkon laseru. V současné době zařízení NIF ve Spojených státech, zařízení LMJ ve Francii a řada zařízení Shenguang v Číně provedly řadu výzkumných prací na potlačení FM-to-AM.
Výzkumníci přijali přední systém s jedinou polarizací založený na přenosovém vláknu s jednou polarizací a na mřížkové jednotce pro kompenzaci skupinové disperze rychlosti, aby vyřešili amplitudově-frekvenční modulaci způsobenou polarizační vidovou disperzí a skupinovou rychlostní disperzí. současně vyvinuli technologii zesílení s věrností segmentu, vyřešili problém zúžení zisku zesilovacího systému a dosáhli režimu modulace základní frekvence v časové doméně méně než 5 % @ 0,3 nm ( 3G + 20G).
Na základě této práce výzkumníci dále provedli hodnotící studii amplitudově-frekvenční modulace na nanosekundovém terminálu a cílovém povrchu a výsledky ukázaly, že modulační režim na dopadajícím povrchu klínovitého cílového zrcadla (WFL ) bylo 19 %, zatímco modulační režim na cílovém povrchu byl 4,9 % díky kombinaci disperzní mřížky a zaostřovacího systému. Stojí za zmínku, že 50 % modulačního režimu pochází z vysokofrekvenčního 20 GHz. Navíc disperzní mřížka použitá ve spektrálním disperzním vyhlazovacím stupni zavádí časové zpoždění a kombinovaný účinek disperzní mřížky a zaostřovací čočky je ekvivalentní Gaussově dolní propusti při 8 GHz (šířka pásma 3 dB), kde propustnost spektrální složky na 20 GHz je menší než 15 % a vysokofrekvenční složka je výrazně odfiltrována, čímž se realizuje snížení modulačního režimu na 5,0 % na cílovém povrchu. Modulační režim na cílovém povrchu je snížen na méně než 5 %.
Tato práce poskytuje důležitý základ pro monitorování amplitudově-frekvenční modulace během provozu ICF vysokovýkonného laserového ovladače, vyhodnocení zatěžovací kapacity koncových optických komponent a posouzení interakce laser-cíl.
Tato práce je podporována výzkumným programem strategických priorit Čínské akademie věd.

Obrázek 1: Amplitudo-frekvenční modulace a odpovídající spektrální rozložení intenzity na (a) hlavním zesilovači, (b) dopadající rovině WFL, (c) mřížce vzorkování paprsku a (d) cílové rovině pod 3G + 20 G dvoufrekvenční fázová modulace.

Obrázek 2: (a) Modulace v časové doméně před (modrá) a za (červená) klínovým cílovým zrcadlem; b) Funkce AM spektrálního přenosu