PHELIX高能激光器的望远镜系统透镜

一、用于重离子实验的高功率激光光学元件

1.PHELIX高能激光器概述

20多年来，位于达姆施塔特的重力学中心一直在研究和开发高功率、高能激光器，用于高能物理领域的基础研究。高能激光器（简称PHELIX）目的是用于重离子实验，高能激光器用于研究等离子体物理、天体物理和原子物理中的基本过程。高能激光器系统的集成光束有助于引导重离子束进行组合实验，在望远镜的帮助下，能够在长达60m的距离内控制激光束的方向，在不改变光束质量的情况下减小了激光束的尺寸。为了得到理想的成像质量，asphericon为PHELIX高能激光器的望远镜生产了两个高精度球面光学元件。

2.PHELIX激光系统

早在1990年代中期，位于达姆施塔特的重力学中心就开始规划和建造用于高能物理领域基础研究的高功率、高能激光器。研究成果是德国最大的脉冲操作激光系统-用于重离子实验的高能激光器（简称PHELIX），科学用户已经使用了高能激光器十多年。PHELIX用于研究等离子体物理、天体物理和原子物理中的基本过程。高能激光器系统可以产生脉冲持续时间约为500fs和能量为200J的极短激光脉冲，也可以产生高能量和脉冲持续时间在纳秒范围的高能脉冲。GSI的研究最主要的特点是结合了强激光脉冲和重离子束，这在欧洲是独一无二的。闪光灯泵Nd玻璃系统由两个前端组成，一个前置放大器和一个主放大器，示意图如下图所示。

图1.标有光路的PHELIX激光系统的结构示意图

激光束可以通过几个长达60m的光束导管发射到设备内不同的测量站，然后用于实验。为了便于重离子束和高功率激光器的组合实验，开发了一种特殊的光束引导机构。这使得利用PHELIX脉冲产生的X射线脉冲来研究重离子同步加速器的离子束辐射的材料成为可能。光束引导由一个望远镜组成，光束引导用于在不改变光束质量的情况下减小激光束的尺寸。为了达到理想的成像质量，asphericon为高功率激光器的望远镜生产了两个高精度球面光学元件。

3.PHELIX高能激光器透镜的特点

PHELIX内的高激光强度给集成光学元件带来了巨大的压力。它们还必须具有较高的精度和相对较大的直径，以便能够在较长的距离引导激光束。asphericon为光束引导望远镜制造了两个由熔融石英制成的平凸球面透镜。由于平凸球面透镜的直径分别为200和350mm，RMSi≤50nm（四个表面中有三个甚至<20 nm），平凸球面透镜在允许激光束传输超过48.5m距离（见图2）的同时，还能保持光束质量并承受高功率激光，特殊材料的激光损伤阈值为45J/cmÇ；1064nm；8ns。

图2.由两个平凸透镜组成的望远镜的结构示意图,单位为mm

光学元件（高能激光器透镜）生产中，所有工艺均采用专用夹持装置（见图3），测量程序可根据生产需要进行单独调整。所有的镜片都涂有V型镀层。为了运输镜片，还需要生产新的包装。asphericon开发了防倾斜和防震的特殊包装，可以顺利交付给客户。

图3.由asphericon制造的光学元件和夹持装置

4.PHELIX光学元件概述

-生产两个由熔融石英制成的平凸球面透镜，采用V型镀层；

-透镜规格：直径为200和350mm；RMSi≤50nm和<20 nm；

-定制夹持装置和特殊防倾斜、防震包装的开发和生产；