中文摘要：

激光同位素分离由于高的纯度与效率，是分离同位素最先进的技术手段。目前激光分离主要采用的是基于铜蒸汽激光泵浦可调谐染料激光的三步电离方案，不仅系统复杂、总体效率低，而且由于两种激光采用的是气体及液体工作物质，因此固有可靠性较差，不利于长期运行。针对上述问题，本项目拟通过对全固态532nm激光泵浦的钛宝石激光四倍频研究及线宽压缩、频率稳定等技术，得到波长调谐覆盖195nm至205nm、线宽小于1GHz、频率漂移小于30MHz、重复频率达10kHz、脉宽小于200ns、平均功率大于100mW的激光输出，从而发展出可通过一步电离而实现U235与U238等同位素分离的技术新方案。由于这一研究集成了全固态激光、激光倍频、稳频及波长调谐等技术，不仅是激光研究具有重要意义的工作，而且也将前所未有地提供可一步分离激光同位素的新型激光器件，作为一步电离的创新思想，在同位素分离的发展中无疑有着标志性的意义。

结论摘要：

本课题是发展深紫外窄线宽激光并应用于一步电离分离同位素的实验研究，验证利用深紫外窄线宽激光一步分离同位素的可行性，为后续产业化激光分离同位素打下原理性基础。围绕本课题的目标，研制能实现一步电离分离同位素的高能量窄线宽激光器是关键，其输出指标为激光线宽小于1GHz(0.1pm), 波长在200nm附近,平均功率约100mW。总体技术方案是利用钛宝石激光晶体的宽带增益特性和高放大效率的特点，建立了一套紧凑型窄线宽可调谐钛宝石主振荡功率放大器，利用LBO，BBO及新型BBSAG等非线性晶体实现了195~200nm波段的可调谐窄线宽深紫外相干辐射源，最后将该光源应用于一步电离的同位素分离实验中。同位素分离的结果证明了利用深紫外窄线宽激光一步电离分离同位素是完全可行的，达到了该课题的目的。在本课题执行期间，主要的进展如下（1）通过比较三种线宽压缩方案，最终选择Littman结构的增益开关型可调谐钛宝石振荡器输出的窄线宽脉冲作为种子，注入到自同步泵浦的多通钛宝石放大器中进行放大。在重复频率1 kHz，总功率26.5 W的泵浦条件下，获得最大功率6.5 W，线宽小于200 MHz，抖动为±10 MHz，调谐范围为765~835 nm的脉冲输出。采用自同步泵浦技术的窄线宽钛宝石MOPA激光系统相比传统的方案结构紧凑、成本低廉，稳定性高。以上系统的成功搭建和实施为进一步通过频率变换获得可调谐UV窄线宽激光光源奠定了基础。（2）以上述输出的窄线宽激光为基础开展了紫外频率变换的实验研究。分别选用I类相位匹配的LBO、β-BBO和新型的BBSAG晶体进行了二次谐波（SHG）、三次谐波（THG）和四次谐波（FHG）实验。实验中，各次谐波分别获得了380~415 nm、260~275 nm、195~205 nm范围的调谐输出，其中804 nm为最高效率点，对应的各次谐波最高输出功率分别为3.1 W、890 mW和110 mW。通过四次谐波变换后，最终可以输出最高功率大于100mW，光谱调谐范围从195~205nm的，线宽小于1GHz的深紫外激光。（3）将该激光运到应用单位，进行了一步分离同位素的实验研究，实验结果验证了利用深紫外窄线宽激光分离同位素的可行性，达到了本课题的研究目的。