二極管泵浦的固態(tài)激光(DPSSL)系統(tǒng)的連續(xù)輸出功率已到達(dá)100kW，但高能脈沖DPSSL 系統(tǒng)的平均功率卻遠(yuǎn)小于這個(gè)功率。新的技術(shù)發(fā)展如薄碟片和多層片技術(shù)使得高能脈沖在同樣高平均功率下工作在未來成為可能。許多激光工程項(xiàng)目都在努力用高重復(fù)頻率的薄碟片或低重復(fù)頻率高能的傳統(tǒng)技術(shù)、TRAM技術(shù)、厚碟片技術(shù)、多層片技術(shù)來突破1kW平均功率的界限。

　　1. 千瓦量級(jí)的薄碟片激光系統(tǒng)

　　為了有效產(chǎn)生極紫外(EUV)和中紅外的光，必須要有能夠輸出每個(gè)脈沖能量為幾個(gè)毫焦耳、重復(fù)頻率在1-100kHz的激光。而為了工業(yè)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)一種穩(wěn)健的、緊湊的和低價(jià)的激光系統(tǒng)來替代鈦寶石脈沖激光也十分重要。薄碟片激光在亞皮秒?yún)^(qū)域具備的高脈沖能量特性使其非常適合這種應(yīng)用。薄碟片激光是基于一種利用散熱器上的一塊超薄(約200微米)激光活性介質(zhì)作為放大器。碟片的前表面鍍有減反射膜，后表面則鍍有增反射膜。碟片相當(dāng)于活性鏡子。由于碟片的直徑遠(yuǎn)大于其厚度，熱流主要在軸向，而橫向的溫度梯度非常小。光束在碟片內(nèi)部的路徑非常短，從而熱透鏡效應(yīng)和機(jī)械應(yīng)變不會(huì)影響光束質(zhì)量。除此之外，材料中路徑短也讓諸如自聚焦的非線性效應(yīng)最小化。另一方面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(shù)都必須較高。泵浦光被拋物面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(shù)通常是用再生腔或多次通過放大器來增加。在HiLASE項(xiàng)目中，有三個(gè)基于碟片的千瓦級(jí)激光光束。其中每一個(gè)都輸出不同方的參數(shù)。束線A以1.75kHz的重復(fù)頻率輸出750毫焦耳脈沖能量。這一束線被分包到Dausinger和Giesen GmbH來減少整個(gè)工程高要求帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

       HiLASE研究小組正在開發(fā)束線B與束線C，分別以1kHz的重復(fù)頻率輸出500毫焦耳脈沖能量和100kHz的重復(fù)頻率輸出5毫焦耳脈沖能量。所有的束線都提供脈寬在1~3ps。束線B被傳送進(jìn)一個(gè)10Hz重復(fù)頻率的低溫放大器，該放大器之后可以升級(jí)到重復(fù)頻率為120Hz的幾個(gè)焦耳的脈沖輸出。圖2給出了HiLASE項(xiàng)目中每一個(gè)束線的結(jié)構(gòu)示意圖。

　　2. 千瓦量級(jí)的多板激光系統(tǒng)

　　為了在較低或中低重復(fù)頻率下輸出高能脈沖，需要采用有效的冷卻機(jī)制和幾何結(jié)構(gòu)。一個(gè)解決方法乃是用板狀的媒介，同時(shí)對(duì)板面進(jìn)行主動(dòng)冷卻。這被稱之為多板方法，首先在勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Mercury激光上采用。室溫下的氦氣用來冷卻板面，從而可以得到10Hz重復(fù)頻率下60J能量的輸出。下一代高能固態(tài)激光的材料將選擇Yb3+：YAG陶瓷。但Yb3+：YAG是一個(gè)準(zhǔn)三能級(jí)系統(tǒng)，激光運(yùn)轉(zhuǎn)要求較高的泵浦強(qiáng)度，從而增加了泵浦二極管的數(shù)目和費(fèi)用?？坷鋮s晶體到較低溫度，能圖將變?yōu)樗哪芗?jí)。這樣可以把閾值強(qiáng)度降低好幾個(gè)量級(jí)。這個(gè)概念在DiPOLE中被引進(jìn)，在那里輸出能量可達(dá)10J。板媒介用150K左右溫度的氦氣來完成冷卻。下一步則是驗(yàn)證10Hz重復(fù)頻率下超過100J的輸出，這最終將導(dǎo)致重復(fù)頻率在10Hz下單光束脈沖能量在1~10kJ的輸出，同時(shí)墻插效率將超過10%。100焦耳量級(jí)的激光正在CLF(Central Laser Facility)中開發(fā)，HiLASE也參與了合作。整個(gè)系統(tǒng)包括了一個(gè)低能的、光纖介質(zhì)的前端振蕩器(約幾個(gè)納焦耳)，緊接著一個(gè)可再生的放大器使輸出能量到毫焦耳量級(jí)和一個(gè)薄碟片Yb3+：YAG多路放大推動(dòng)器使輸出到達(dá)100毫焦耳。兩個(gè)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)并最終到100焦耳(功率放大器)。該系統(tǒng)的主要示意圖如圖3所示。為了優(yōu)化各種放大器的參數(shù)，HiLASE小組已經(jīng)完成了大量關(guān)于能量、熱能和流體力學(xué)的模型計(jì)算。