Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of High Power Laser and Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
Frequency modulation (FM)-to-amplitude modulation (AM) conversion is an important factor that affects the time–power curve of inertial confinement fusion (ICF) high-power laser facilities. This conversion can impact uniform compression and increase the risk of damage to optics. However, the dispersive grating used in the smoothing by spectral dispersion technology will introduce a temporal delay and can spatially smooth the target. The combined effect of the dispersive grating and the focusing lens is equivalent to a Gaussian low-pass filter, which is equivalent to 8 GHz bandwidth and can reduce the intensity modulation on the target to below 5% with 0.3 nm @ 3 GHz + 20 GHz spectrum phase modulation. The results play an important role in the testing and evaluating of the FM-to-AM on the final optics and the target, which is beneficial for comprehensively evaluating the load capacity of the facility and isentropic compression experiment for ICF.
dispersion grating frequency modulation-to-amplitude modulation conversion high-power laser facility inertial confinement fusion phase modulation 
High Power Laser Science and Engineering
2024, 12(1): 010000e9
刘文凤 1,2孙明营 1,*石逸群 1,2郭亚晶 1[ ... ]朱健强 1,**
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理重点实验室,上海 201800
2 中国科学院大学,北京 100049
基于亚纳秒间隔的皮秒激光双脉冲,研究了双脉冲时域整形对K9玻璃表面烧蚀特性的调控规律。当子脉冲间隔为667 ps时,不同形状双脉冲下玻璃表面的烧蚀形貌随激光通量增加的变化规律明显不同,而泵浦通量起着决定性作用。当泵浦通量低于阈值时,双脉冲烧蚀特性基本与单脉冲相似;当泵浦通量在阈值附近时,泵浦脉冲对玻璃表面的微纳米尺度的烧蚀会显著增强探测脉冲的烧蚀效应。当泵浦通量高于1.3倍阈值时,泵浦脉冲在玻璃与空气界面附近产生冲击波,探测脉冲被冲击波的高密度前沿界面反射和干涉,在中心烧蚀区域周围产生了圆环状烧蚀形貌,且圆环分布与探测通量密切相关。双脉冲烧蚀的内径尺寸与泵浦通量相关,而外径尺寸与双脉冲的形状、通量均相关。对比研究了子脉冲间隔为333 ps和667 ps时的等通量双脉冲烧蚀形貌,结果发现:低通量下较小的脉冲间隔可以增强烧蚀效应;高于烧蚀阈值的泵浦脉冲会影响探测脉冲的能量沉积;两种脉冲间隔下环状形貌的不同反映了泵浦脉冲产生的冲击波的传输特性不同。最后基于实验结果讨论了双脉冲序列时域整形进行表面烧蚀调控的物理机制。
激光技术 激光烧蚀 皮秒激光 双脉冲 时域整形 
中国激光
2023, 50(12): 1202201
作者单位
摘要
中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室,上海 201800
高功率激光装置是一个复杂的有源巨型光学工程,其性能指标要求逼近科学技术与物理极限。驱动器研制有物理设计、工程光学和结构工程设计三大过程,工程光学在其中起着重要作用。高功率激光装置工程光学设计需遵循其特有的设计原则和要点,以保证装置的高性能。根据驱动器设计指标和设计特点,从总体光学设计、光束质量控制以及光束打靶精度控制方面,综述了高功率激光装置工程光学设计中的关键科学技术问题以及相应解决方法,为未来高功率激光驱动器的发展提供必要的工程设计参考。
光学设计 惯性约束聚变 神光装置 工程光学 激光光学 
光学学报
2023, 43(8): 0822005
梁成杰 1,2庞向阳 1,*孙明营 1,**熊怀 1[ ... ]朱健强 1
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理重点实验室,上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心,北京 100049
真空环境中高功率激光装置光学元件表面的有机物污染是限制其负载能力的原因之一。针对装置中常见的有机物污染和三倍频激光溶胶凝胶减反膜,通过精确控制真空环境中污染源的挥发扩散,制备了有机物质量面密度不同的元件表面,定量研究了有机污染物质量面密度对溶胶凝胶减反膜光学性能及损伤特性的影响规律。实验结果表明:样品表面粗糙度、透过率、损伤阈值等的变化量均与有机物质量面密度成正相关。有机污染物沉积量较少时,由于膜层孔隙被填充,膜层的表面粗糙度略有减小;随着沉积量增加,有机物附着影响表面形貌,粗糙度显著增加。溶胶凝胶减反膜在351 nm波长处的光学透过率随着有机物质量面密度的增加而逐渐降低,这与有机物分子改变溶胶凝胶膜孔隙填充比有关。样品表面的激光损伤阈值变化量和损伤面积随着有机物质量面密度的增加而增加,而且不同有机物沉积量的光学表面的损伤形貌存在显著差异。基于实验结果讨论了有机物影响溶胶凝胶减反膜性能的机理,并探讨了高功率激光系统的洁净度控制方法。
薄膜 有机污染物 质量面密度 溶胶凝胶减反膜 透过率 激光诱导损伤 洁净度控制 
中国激光
2023, 50(5): 0503101
Yingming Xu 1,2,3Xingchen Pan 1,2,4,*Mingying Sun 1,2,5,*Wenfeng Liu 1,2[ ... ]Jianqiang Zhu 1,2
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of High Power Laser and Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 National Laboratory on High Power Laser and Physics, China Academy of Engineering Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
3 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
4 e-mail: shizizuo111@163.com
5 e-mail: sunmy@siom.ac.cn
Classic interferometry was commonly adopted to realize ultrafast phase imaging using pulsed lasers; however, the reference beam required makes the optical structure of the imaging system very complex, and high temporal resolution was reached by sacrificing spatial resolution. This study presents a type of single-shot ultrafast multiplexed coherent diffraction imaging technique to realize ultrafast phase imaging with both high spatial and temporal resolutions using a simple optical setup, and temporal resolution of nanosecond to femtosecond scale can be realized using lasers of different pulse durations. This technique applies a multiplexed algorithm to avoid the data division in space domain or frequency domain and greatly improves the spatial resolution. The advantages of this proposed technique on both the simple optical structure and high image quality were demonstrated by imaging the generation and evaluating the laser-induced damage and accompanying phenomenon of laser filament and shock wave at a spatial resolution better than 6.96 μm and a temporal resolution better than 10 ns.
Photonics Research
2022, 10(8): 1937
作者单位
摘要
中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室,上海 201800
传输反射镜是高功率激光装置中连接主放大系统与靶场终端的关键组成部分,实现它的表面洁净控制尤为必要。本课题组基于风刀高速吹扫颗粒物去除技术,探究了开放式环境下,风刀安装高度、进气压力、出气口间隙、吹扫次数等工艺参数对靶场终端反射镜表面Al2O3、灰尘和不锈钢等颗粒物去除效率的影响,并从实验中捕捉到了颗粒物的动态运动轨迹。研究结果表明:提高进气压力可以提高颗粒物的去除效率;当风刀安装高度为4 mm、进气压力为1.5 MPa时,0.05 mm或0.1 mm的风刀出气口间隙均可实现90%以上的平均去除效率;当进气压力不高于1.2 MPa时,增加吹扫次数并不能提高颗粒物的去除效率;在去除过程中,颗粒物沿着高速气流方向直线运动。本次实验结果为靶场终端传输反射镜在线表面洁净控制提供了重要参考和技术支撑。
光学器件 传输反射镜 洁净控制 颗粒污染物 风刀 
中国激光
2022, 49(13): 1301003
李养帅 1张军勇 1,*朱健强 1,**李畅 1,2[ ... ]孙明营 1
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院宁波材料技术与工程研究所, 浙江 宁波 315201
为了降低铝合金因激光辐照而产生颗粒污染物的几率,研究了激光冲击强化对纳秒激光辐照5052铝合金诱致污染物产生规律的影响。首先采用不同功率密度的纳秒激光对5052铝合金试样进行冲击强化,而后采用纳秒激光对激光冲击强化后的5052铝合金试样进行辐照-洁净度测试,最后对比分析激光冲击强化前后5052铝合金试样表面硬度、形貌、粗糙度及因激光辐照诱致污染物产生规律的变化。研究结果表明:激光冲击强化在提高5052铝合金表面强度的同时,对抑制低通量激光辐照(不高于0.65 J/cm 2)导致的污染物产生同样是有效的;对于粗糙度Ra为1.6的5052铝合金表面,经聚焦光斑直径为2.2 mm的高斯脉冲激光(光斑搭接率为50%,波长为532 nm,脉冲宽度为14 ns,功率密度为0.75~1.88 GW/cm 2)冲击强化后,低通量激光辐照阶段,激光诱致污染物(粒径为0.3~0.5 μm)数量降低25%~50%。研究结果为5052铝合金因激光辐照,尤其是低通量激光辐照而产生污染物的控制提供了一种新的方法。
激光技术 激光冲击强化 洁净控制 铝合金 激光辐照 颗粒污染物 
中国激光
2021, 48(18): 1802010
李畅 1,2庞向阳 1,*孙明营 1,**刘文凤 1,2[ ... ]朱健强 1
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
颗粒污染物是高功率激光装置光学元件损伤的诱因之一,掌握污染物产生规律是解决污染诱致损伤问题的基础。针对本色氧化工艺处理前后的5052铝合金样品,研究了激光辐照样品诱致亚微米和微米尺寸气溶胶颗粒的产生规律,分析了激光能量密度、脉冲数目、激光光斑直径、表面粗糙度等参数对颗粒物数量的影响。结果表明:颗粒物数量和激光光斑面积呈正相关;激光能量密度低于烧蚀阈值时,颗粒物产生于第一个脉冲辐照过程,高于烧蚀阈值时,表面颗粒物数量随着激光能量密度增加而逐渐增加;随着激光脉冲数目的增加,本色氧化5052样品产生颗粒物的数量逐渐增加,而5052样品产生颗粒物的数量变化不明显。两种不同表面工艺样品产生颗粒物的规律存在较大差别;低于烧蚀阈值时,两种样品产生的颗粒物数量相当;在烧蚀阈值附近时,颗粒物数量存在陡增现象;高于烧蚀阈值时,本色氧化5052样品产生的颗粒物数量显著多于5052样品。研究结果为高功率激光装置中铝合金表面处理和洁净控制提供了参考依据。
激光光学 颗粒污染物 洁净控制 激光辐照 铝合金 激光诱致损伤 
中国激光
2021, 48(14): 1402015
Author Affiliations
Abstract
1 Blackett Laboratory, Imperial College London, London, UK
2 First Light Fusion Ltd, Yarnton, UK
3 LERMA, Sorbonne-Université, Observatoire de Paris, CNRS, France
4 ELI Beamlines Center, Institute of Physics, Czech Academy of Sciences, Dolni Brezany, Czech Republic
5 Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, China
6 Instituto de Fusión Nuclear Guillermo Velarde, Universidad Politécnica de Madrid, Madrid, Spain
7 AWE plc., Aldermaston, Reading, UK
8 Science and Technology Facilities Council, Rutherford Appleton Laboratory, Harwell Campus, Chilton, Didcot, UK
9 University of Michigan, Ann Arbor, MI, USA
10 Current affiliation: Magdrive Ltd, Harwell, UK
We report on the design and first results from experiments looking at the formation of radiative shocks on the Shenguang-II (SG-II) laser at the Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics in China. Laser-heating of a two-layer CH/CH–Br foil drives a $\sim 40$ km/s shock inside a gas cell filled with argon at an initial pressure of 1 bar. The use of gas-cell targets with large (several millimetres) lateral and axial extent allows the shock to propagate freely without any wall interactions, and permits a large field of view to image single and colliding counter-propagating shocks with time-resolved, point-projection X-ray backlighting ($\sim 20$ μm source size, 4.3 keV photon energy). Single shocks were imaged up to 100 ns after the onset of the laser drive, allowing to probe the growth of spatial nonuniformities in the shock apex. These results are compared with experiments looking at counter-propagating shocks, showing a symmetric drive that leads to a collision and stagnation from $\sim 40$ ns onward. We present a preliminary comparison with numerical simulations with the radiation hydrodynamics code ARWEN, which provides expected plasma parameters for the design of future experiments in this facility.
high energy density physics laboratory astrophysics plasma physics high-power laser laser-driven shocks experiments X-ray backlighting X-ray radiography 
High Power Laser Science and Engineering
2021, 9(2): 02000e27
田玉婷 1,2,*邬融 1,*孙明营 1张军勇 1[ ... ]周申蕾 1
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
结合非线性强度和相位调制作用,研究束匀滑相位板整形焦光斑在焦面附近传输变换的特性。采用衍射光学理论方法来计算三维空间离焦面上的光场分布,引入光斑落点漂移和光强对称度两个指标参量来表征光斑在传输演化过程中的性能。研究分析了高通量激光辐照下非线性效应对连续相位板整形焦斑的影响,尤其是楔形透镜厚端和薄端的较大差异引起的小尺度自聚焦强度调制差异,该差异使得光斑传输至焦点后的一段距离后开始渐渐偏离光轴,同时其整体强度分布也出现不对称度偏置。结果表明,非线性强度畸变的影响远大于相位畸变的影响,在给定激光装置光路中5 GW/cm 2功率密度的入射条件下,焦点后4 mm处光斑落点漂移超过0.1 mm,光强左右不对称度偏置达到30%。
激光光学 光束合束 束匀滑 连续相位板 衍射光学 小尺度自聚焦 
光学学报
2018, 38(10): 1014003

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