二極管泵浦的固態激光(DPSSL)係統的連續輸出功率已到達100kW，但高能脈衝(chong) DPSSL 係統的平均功率卻遠小於(yu) 這個(ge) 功率。新的技術發展如薄碟片和多層片技術使得高能脈衝(chong) 在同樣高平均功率下工作在未來成為(wei) 可能。許多激光工程項目都在努力用高重複頻率的薄碟片或低重複頻率高能的傳(chuan) 統技術、TRAM技術、厚碟片技術、多層片技術來突破1kW平均功率的界限。

　　1. 千瓦量級的薄碟片激光係統

　　為(wei) 了有效產(chan) 生極紫外(EUV)和中紅外的光，必須要有能夠輸出每個(ge) 脈衝(chong) 能量為(wei) 幾個(ge) 毫焦耳、重複頻率在1-100kHz的激光。而為(wei) 了工業(ye) 應用，實現一種穩健的、緊湊的和低價(jia) 的激光係統來替代鈦寶石脈衝(chong) 激光也十分重要。薄碟片激光在亞(ya) 皮秒區域具備的高脈衝(chong) 能量特性使其非常適合這種應用。薄碟片激光是基於(yu) 一種利用散熱器上的一塊超薄(約200微米)激光活性介質作為(wei) 放大器。碟片的前表麵鍍有減反射膜，後表麵則鍍有增反射膜。碟片相當於(yu) 活性鏡子。由於(yu) 碟片的直徑遠大於(yu) 其厚度，熱流主要在軸向，而橫向的溫度梯度非常小。光束在碟片內(nei) 部的路徑非常短，從(cong) 而熱透鏡效應和機械應變不會(hui) 影響光束質量。除此之外，材料中路徑短也讓諸如自聚焦的非線性效應最小化。另一方麵碟片的厚度帶來了最小的泵浦光的吸收和激光的增益。因此泵浦光和激光穿透碟片的次數都必須較高。泵浦光被拋物麵的反射器和屋脊棱鏡(圖1)不斷地反射回激光碟片中，所以吸收率可以超過90%。而激光的穿過次數通常是用再生腔或多次通過放大器來增加。在HiLASE項目中，有三個(ge) 基於(yu) 碟片的千瓦級激光光束。其中每一個(ge) 都輸出不同方的參數。束線A以1.75kHz的重複頻率輸出750毫焦耳脈衝(chong) 能量。這一束線被分包到Dausinger和Giesen GmbH來減少整個(ge) 工程高要求帶來的風險。

       HiLASE研究小組正在開發束線B與(yu) 束線C，分別以1kHz的重複頻率輸出500毫焦耳脈衝(chong) 能量和100kHz的重複頻率輸出5毫焦耳脈衝(chong) 能量。所有的束線都提供脈寬在1~3ps。束線B被傳(chuan) 送進一個(ge) 10Hz重複頻率的低溫放大器，該放大器之後可以升級到重複頻率為(wei) 120Hz的幾個(ge) 焦耳的脈衝(chong) 輸出。圖2給出了HiLASE項目中每一個(ge) 束線的結構示意圖。

　　2. 千瓦量級的多板激光係統

　　為(wei) 了在較低或中低重複頻率下輸出高能脈衝(chong) ，需要采用有效的冷卻機製和幾何結構。一個(ge) 解決(jue) 方法乃是用板狀的媒介，同時對板麵進行主動冷卻。這被稱之為(wei) 多板方法，首先在勞倫(lun) 斯·利弗莫爾國家實驗室的Mercury激光上采用。室溫下的氦氣用來冷卻板麵，從(cong) 而可以得到10Hz重複頻率下60J能量的輸出。下一代高能固態激光的材料將選擇Yb3+：YAG陶瓷。但Yb3+：YAG是一個(ge) 準三能級係統，激光運轉要求較高的泵浦強度，從(cong) 而增加了泵浦二極管的數目和費用。靠冷卻晶體(ti) 到較低溫度，能圖將變為(wei) 四能級。這樣可以把閾值強度降低好幾個(ge) 量級。這個(ge) 概念在DiPOLE中被引進，在那裏輸出能量可達10J。板媒介用150K左右溫度的氦氣來完成冷卻。下一步則是驗證10Hz重複頻率下超過100J的輸出，這最終將導致重複頻率在10Hz下單光束脈衝(chong) 能量在1~10kJ的輸出，同時牆插效率將超過10%。100焦耳量級的激光正在CLF(Central Laser Facility)中開發，HiLASE也參與(yu) 了合作。整個(ge) 係統包括了一個(ge) 低能的、光纖介質的前端振蕩器(約幾個(ge) 納焦耳)，緊接著一個(ge) 可再生的放大器使輸出能量到毫焦耳量級和一個(ge) 薄碟片Yb3+：YAG多路放大推動器使輸出到達100毫焦耳。兩(liang) 個(ge) 二極管泵浦的，氦氣冷卻的大口徑功率放大器將輸出能力增加到7~10焦耳(主前放大器)並最終到100焦耳(功率放大器)。該係統的主要示意圖如圖3所示。為(wei) 了優(you) 化各種放大器的參數，HiLASE小組已經完成了大量關(guan) 於(yu) 能量、熱能和流體(ti) 力學的模型計算。