二極管泵浦的固態激光(DPSSL)系統的連續輸出功率已到達100kW，但高能脈沖DPSSL 系統的平均功率卻遠小于這個功率。新的技術發展如薄碟片和多層片技術使得高能脈沖在同樣高平均功率下工作在未來成為可能。許多激光工程項目都在努力用高重復頻率的薄碟片或低重復頻率高能的傳統技術、TRAM技術、厚碟片技術、多層片技術來突破1kW平均功率的界限。
1. 千瓦量級的薄碟片激光系統
為了有效產生極紫外(EUV)和中紅外的光，必須要有能夠輸出每個脈沖能量為幾個毫焦耳、重復頻率在1-100kHz的激光。而為了工業應用，實現一種穩健的、緊湊的和低價的激光系統來替代鈦寶石脈沖激光也十分重要。薄碟片激光在亞皮秒區域具備的高脈沖能量特性使其非常適合這種應用。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。碟片相當于活性鏡子。由于碟片的直徑遠大于其厚度，熱流主要在軸向，而橫向的溫度梯度非常小。光束在碟片內部的路徑非常短，從而熱透鏡效應和機械應變不會影響光束質量。除此之外，材料中路徑短也讓諸如自聚焦的非線性效應最小化。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%。而激光的穿過次數通常是用再生腔或多次通過放大器來增加。在HiLASE項目中，有三個基于碟片的千瓦級激光光束。其中每一個都輸出不同方的參數。束線A以1.75kHz的重復頻率輸出750毫焦耳脈沖能量。這一束線被分包到Dausinger和Giesen GmbH來減少整個工程高要求帶來的風險。
HiLASE研究小組正在開發束線B與束線C，分別以1kHz的重復頻率輸出500毫焦耳脈沖能量和100kHz的重復頻率輸出5毫焦耳脈沖能量。所有的束線都提供脈寬在1~3ps。束線B被傳送進一個10Hz重復頻率的低溫放大器，該放大器之后可以升級到重復頻率為120Hz的幾個焦耳的脈沖輸出。圖2給出了HiLASE項目中每一個束線的結構示意圖。
2. 千瓦量級的多板激光系統
為了在較低或中低重復頻率下輸出高能脈沖，需要采用有效的冷卻機制和幾何結構。一個解決方法乃是用板狀的媒介，同時對板面進行主動冷卻。這被稱之為多板方法，首先在勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的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重復頻率下60J能量的輸出。下一代高能固態激光的材料將選擇Yb3+：YAG陶瓷。但Yb3+：YAG是一個準三能級系統，激光運轉要求較高的泵浦強度，從而增加了泵浦二極管的數目和費用。靠冷卻晶體到較低溫度，能圖將變為四能級。這樣可以把閾值強度降低好幾個量級。這個概念在DiPOLE中被引進，在那里輸出能量可達10J。板媒介用150K左右溫度的氦氣來完成冷卻。下一步則是驗證10Hz重復頻率下超過100J的輸出，這最終將導致重復頻率在10Hz下單光束脈沖能量在1~10kJ的輸出，同時墻插效率將超過10%。100焦耳量級的激光正在CLF(Central Laser Facility)中開發，HiLASE也參與了合作。整個系統包括了一個低能的、光纖介質的前端振蕩器(約幾個納焦耳)，緊接著一個可再生的放大器使輸出能量到毫焦耳量級和一個薄碟片Yb3+：YAG多路放大推動器使輸出到達100毫焦耳。兩個二極管泵浦的，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)。該系統的主要示意圖如圖3所示。為了優化各種放大器的參數，HiLASE小組已經完成了大量關于能量、熱能和流體力學的模型計算。
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