大口径光増幅器における液冷Nd:リン酸塩スプリットスラブのマルチフィジックスモデル

Multiphysics model of liquid-cooled Nd:phosphate split-slabs in large aperture optical amplifiers.

• R Chonion
• J M Sajer
• E Bordenave
• F Le Palud
• P M Dalbies
• J Neauport

抄録

高エネルギーの固体レーザーシステムでは、冷却システムを使用してもアンプの温度が上昇することがあります。この影響は、熱応力、複屈折、熱レンズを誘発することで、アンプの性能に大きな影響を与える可能性がある。ここでは、液冷式大口径スプリットスラブレーザーガラス増幅器の設計、最適化、試運転を支援するためのマルチフィジックスモデルを開発した。このマルチフィジックスモデルには、増幅媒質中の光ポンピング、熱負荷、液冷媒から誘起される液圧効果、機械的変形、およびそれらの光波面に対する潜在的な連成効果が含まれている。各モデルの精度は、特定の実験的測定と特性評価を実施することによって評価される。この一連のモデルにより、フラッシュランプの発光から増幅された波面まで、1分間に1回のショットの繰り返し速度で液冷増幅器の性能を予測できることを示す。

High repetition rates in high energy solid-state laser systems can yield to a rise of temperature in amplifiers despite the use of cooling systems. This effect can significantly impact the performance of amplifiers by inducing thermal stress, birefringence or thermal lensing. Here, we develop a multiphysics model to support the design, optimization and commissioning of a liquid-cooled large aperture split-slab laser glass amplifier. This multiphysics model includes optical pumping in the amplifying medium, heat loading, hydraulic effects induced by the liquid coolant, mechanical deformation and their potential coupled effects on the optical wavefront. The accuracy of each model is assessed by carrying out specific experimental measurements and characterizations. We show that this set of models allows the prediction of performance of a liquid-cooled amplifier from the flash-lamp emission to the amplified wavefront at a repetition rate of one shot per minute.