4-36  CFEL光阴极注入器驱动激光器的实验

陈亚男  黎维华  黎  明

在高功率自由电子激光初级实验装置(CFEL)研究中，驱动激光直接照射光阴极而发射电子，其性能将在很大程度上决定注入器乃至整个自由电子激光实验系统的性能：如电子束微脉冲宽度、电子束微脉冲流强、电子束微脉冲峰值抖动等。文中针对CFEL初期研究目标(3~8 mm)对光阴极注入器的要求，对光阴极RF腔注入器的驱动激光器进行了方案设计，提出了驱动激光器的参数要求。根据方案进行了工程实施，购置了锁模激光器和时间同步器，放大与倍频系统正在研制当中。

注入器所使用的阴极材料为Cs₂Te，需要波长约250 nm的激光驱动。因此，驱动激光器系统主要由激光振荡器、时间同步器、宏脉冲切割系统、宏脉冲放大和倍频4部分组成(图1)，振荡腔输出受RF控制信号控制的连续锁模激光脉冲列，用Pockel切选出6 µs激光宏脉冲，经3级YAG二极管泵浦放大器放大，再经两次倍频，最后将输出激光送入RF腔中，作用于光阴极产生光电子。

驱动激光器的种子源是GE-100-XHP二极管泵浦的锁模激光器，用半导体可饱和吸收反射镜(SESA Ms)实现自锁模。其理论设计与实际测量值分别为：激光波长为1064 nm和1064 nm；微脉冲重复频率为54.167 MHz和54.167 MHz；平均功率为>9 W和10.5 W；微脉冲宽度为<12 ps和11.9 ps；重复频率可调节范围±0.1 MHz和±0.1 MHz；微脉冲时间抖动小于1 ps和0.56 ps。可以看出，GE-100-XHP锁模激光器很好的满足了技术要求。

采用连续锁模振荡器(Nd:YAG)的激光输出作为种子光，输出波长为1 064 nm，重复频率为54.167 MHz，微脉冲宽度为11.9 ps，微脉冲能量为0.18 mJ的脉冲串，经宏脉冲切割与成形，再经三级脉冲二极管泵浦放大，最后进行四倍频，将实现目标参数为波长266 nm、微脉冲能量5 mJ的激光脉冲串，脉冲串的宽度为6 μs。目前，激光脉冲放大与倍频系统正在进一步的优化与研究当中。