Lo Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery (SIPM) compie nuovi progressi nella ricerca sulla modulazione di ampiezza-frequenza (FM-to-AM) dei driver laser ad alta potenza ICF

Recentemente, un gruppo di ricerca del Laboratorio congiunto di fisica dei laser ad alta potenza, Istituto di precisione ottica e ricerca meccanica di Shanghai, Accademia cinese delle scienze (SIPM), ha analizzato la modulazione di ampiezza-frequenza (FM-to-AM) dell'intero collegamento del dispositivo di aggiornamento Shenguang II. I risultati sono riassunti come "Analisi teorica della modulazione di frequenza in modulazione di ampiezza sull'ottica finale e sul bersaglio L'analisi teorica della modulazione di frequenza in modulazione di ampiezza sull'ottica finale e sul bersaglio dell'impianto laser SG II-Up" è stata pubblicata in scienza e ingegneria dei laser ad alta potenza.
Per ottimizzare l'interazione laser-bersaglio nella fusione a confinamento inerziale, è necessario che ciascun raggio laser abbia un buon controllo della curva tempo-potenza e dell'uniformità della superficie bersaglio. E la modulazione di ampiezza-frequenza (FM-AM) è un fattore importante che influenza il profilo tempo-potenza dei dispositivi laser ad alta potenza. Nei driver laser ad alta potenza, al fine di evitare l'effetto stimolato dello scattering Brillouin (SBS) delle ottiche ad ampia apertura e per ottenere una distribuzione dell'intensità della superficie target più uniforme, nel sistema front-end è necessaria una tecnica di ampliamento dello spettro basata sulla modulazione di fase sinusoidale. Idealmente, la modulazione di fase pura non influisce sulle caratteristiche temporali, tuttavia, quando i laser FM vengono trasmessi con una funzione di trasferimento non uniforme, la modulazione di frequenza viene convertita in modulazione di ampiezza. Per i driver laser ad alta potenza, le fonti di generazione della modulazione di ampiezza-frequenza sono varie. La soppressione della conversione da FM ad AM è fondamentale perché il controllo del profilo tempo-potenza influisce sull'interazione ottimale laser-bersaglio e perché i picchi di intensità generati dalla modulazione di ampiezza possono danneggiare l'ottica e influenzare le prestazioni del laser. Attualmente, il dispositivo NIF negli Stati Uniti, il dispositivo LMJ in Francia e la serie di dispositivi Shenguang in Cina hanno svolto una serie di lavori di ricerca sulla soppressione di FM-AM.
I ricercatori hanno adottato il sistema front-end a polarizzazione singola basato su fibra di trasmissione a polarizzazione singola e unità di compensazione della dispersione della velocità di gruppo basata su reticolo per risolvere la modulazione di ampiezza-frequenza causata dalla dispersione della modalità di polarizzazione e dalla dispersione della velocità di gruppo, e al Allo stesso tempo, hanno sviluppato la tecnologia di amplificazione fedele al segmento a spettro completo, risolto il problema di riduzione del guadagno del sistema di amplificazione e raggiunto il regime di modulazione nel dominio del tempo della frequenza fondamentale inferiore al 5% a 0,3 nm ( 3G + 20G).
Sulla base di questo lavoro, i ricercatori hanno inoltre effettuato uno studio di valutazione della modulazione di ampiezza-frequenza sul terminale del nanosecondo e sulle superfici target, e i risultati hanno mostrato che il regime di modulazione sulla superficie incidente dello specchio target a forma di cuneo (WFL ) era del 19%, mentre il regime di modulazione sulla superficie target era del 4,9% a causa della combinazione del reticolo dispersivo e del sistema di focalizzazione. Vale la pena notare che il 50% del regime di modulazione proviene dall'alta frequenza di 20 GHz. Inoltre, il reticolo dispersivo utilizzato nella fase di livellamento della dispersione spettrale introduce un ritardo temporale e l'effetto combinato del reticolo dispersivo e della lente di messa a fuoco è equivalente a un filtro passa-basso gaussiano a 8 GHz (larghezza di banda di 3 dB), dove il la trasmittanza della componente spettrale a 20 GHz è inferiore al 15% e la componente ad alta frequenza viene filtrata in modo significativo, realizzando la riduzione del regime di modulazione al 5,0% sulla superficie target. Il regime di modulazione sulla superficie target è ridotto a meno del 5%.
Questo lavoro fornisce una base importante per monitorare la modulazione di ampiezza-frequenza durante il funzionamento del driver laser ad alta potenza ICF, valutare la capacità di carico dei componenti ottici terminali e valutare l'interazione laser-bersaglio.
Questo lavoro è supportato dal Programma di ricerca prioritaria strategica dell’Accademia cinese delle scienze.

Figura 1: Modulazione di ampiezza-frequenza e corrispondenti distribuzioni spettrali di intensità su (a) l'amplificatore principale, (b) il piano incidente WFL, (c) il reticolo di campionamento del fascio e (d) il piano target sotto 3G + 20 G modulazione di fase a doppia frequenza.

Figura 2: (a) Modulazione nel dominio del tempo prima (blu) e dopo (rosso) lo specchio bersaglio a cuneo; (b) Funzione di trasferimento spettrale AM