Development of new technologies to scale the average power (pulse energy and pulse rate) and efficiency of high average power DPSSL
开发新技术以扩展高平均功率 DPSSL 的平均功率(脉冲能量和脉冲频率)和效率
基本信息
- 批准号:2898445
- 负责人:
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- 依托单位:
- 依托单位国家:英国
- 项目类别:Studentship
- 财政年份:2023
- 资助国家:英国
- 起止时间:2023 至 无数据
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The world's most powerful multi-Joule, diode-pumped solid-state laser (DPSSL), DiPOLE100, was developed by the Central Laser Facility (CLF) within STFC [1] and has recently demonstrated amplification of 10 ns pulses to 150 J at a pulse rate of 10 Hz (1.5 kW) with an optical-to-optical efficiency of 30% [2]. DiPOLE gas cooled multi-slab amplifier technology is integral to the 10 Hz petawatt laser currently being developed by the CLF for the Extreme Photonics and Applications Centre (EPAC). DiPOLE technology is utilised in both the pump laser for the final high energy Ti:Sa amplifier (after frequency conversion into the green) and for the Ti:Sa amplifier itself [3]. Interest in further energy and efficiency scaling of DPSSL systems has increased following the recent demonstration of ignition at the National Ignition Facility [4]. Furthermore, next generation laser-driven plasma accelerators will require high pulse energy operation at increased efficiency and pulse repetition rate (kHz regime) [5].This project focuses on pushing the boundaries of current DiPOLE systems by investigating new technologies required to scale average power beyond the kilowatt level by increasing pulse rate towards 1 kHz and pulse energies beyond 150 J. The student will work on modelling, design, testing and characterisation of new 100 Hz DiPOLE systems, as part of the upgrade path for EPAC. They will explore novel pumping schemes and alternative amplifier geometries to improve efficiency, whilst improving diagnostics and beam correction techniques for maintaining beam quality. Research into alternative gain media and thermal management solutions to scale energy and pulse rate further will also be undertaken. Finally, the student will evaluate the future of this technology for laser-based inertial confinement fusion and laser-driven plasma accelerator applications.
世界上最强大的多焦耳二极管固态激光器(DPSSL),dipole100是由中央激光设施(CLF)在STFC [1]中开发的,最近在脉搏速率上以10 Hz(1.5 kW)的脉冲率显示了10 ns脉冲至150 j的脉冲(1.5 kW),并具有效率为30%的脉搏效率[1.5 kW)。偶极气冷却的多板放大器技术是CLF目前正在为极端光子和应用中心(EPAC)开发的10 Hz Petawatt Laser不可或缺的一部分。偶极技术在最终的高能TI:SA放大器(频率转换为绿色之后)和Ti:SA放大器本身[3]的泵激光器中使用了偶极技术。在最近在国家点火设施上展示了点火之后,对DPSSL系统的进一步能源和效率扩展的兴趣已增加[4]。此外,下一代激光驱动的等离子体加速器将需要在提高效率和脉搏重复速率(KHz制度)时需要高脉冲能量运行[5] [5]。该项目的重点是通过调查将脉冲速度超出150的脉冲速度来提高脉冲率的范围,从而使当前偶极系统的界限通过调查扩大脉冲水平来推动新技术所需的新技术所需的新技术。新的100 Hz偶极系统,作为EPAC升级路径的一部分。他们将探索新颖的抽水方案和替代放大器几何形状以提高效率,同时改善诊断和梁校正技术以保持光束质量。还将进一步研究替代增益媒体和热管理解决方案,以进一步扩展能量和脉搏率。最后,学生将评估基于激光的惯性限制融合和激光驱动的等离子体加速器应用程序的未来。
项目成果
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