强激光与粒子束
2023, 35(3): 032001
中国工程物理研究院激光聚变中心，四川 绵阳 621900
在大型激光系统的运行过程中，为了对相位畸变导致的焦斑分布不均匀进行改善，在光路通常会使用连续位相板(CPP) 来进行远场束匀滑。根据CPP 面型的随机特性，利用统计的方法对位相板与畸变波前相位的叠加特性进行了计算，系统研究了连续位相板对光束波前分布实现控制的机理。从CPP面形的概率密度与远场直方图之间的关系出发，推导了畸变波前通过CPP 后远场光强分布的表达式，从理论上解释了这种束匀滑器件的工作原理及特性。通过数值模拟计算了不同畸变光束经过CPP后的远场直方图，对结果进行比较并分析了不同面型特性对最终束匀滑效果的影响。结果证明：位相板能在焦斑光强上起到卷积滤波的作用，从而实现光束匀滑效果。从原理上解释了CPP 在具有小相关长度时具有更高匀滑效果这一特性，为实际面型设计和优化提供理论基础。另外，应用统计几何光学方法进行分析，可有效降低波前叠加分析的难度。
连续位相板 统计特性 相位叠加 束匀滑 continuous phase plate statistics character phase additive beam smoothing 红外与激光工程
2020, 49(9): 20190515
对采用磁流变抛光(MRF)工艺加工的大口径连续相位板(CPP)的波前及其光强控制特性进行了分析，对由不同的加工参数(走刀间距和走刀偏置)所加工的三组CPP进行了比较，并分析了MRF加工所引入的中频误差对CPP波前和光强特性的影响。结果表明，走刀间距为2 mm、对应走刀偏置范围为0.1~0.3 mm时所加工CPP的波前及其光强控制能力较差，远场有一定程度的旁瓣产生;走刀间距为2 mm、偏置范围为0.4~0.5 mm时所加工CPP和走刀间距为1 mm、偏置范围为0.1~0.3 mm时所加工CPP相比较，迭代加工效率提高，CPP波前中频误差得到一定的改善。进一步分析表明MRF所引入的中频误差对CPP波前梯度及旁瓣影响较大。
连续位相板 磁流变 中频误差 焦斑 continuous phase plate magnetorheological finishing mid-frequency error focal spot 强激光与粒子束
2014, 26(9): 092012
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
为了提高惯性约束聚变（ICF）激光装置中连续相位板（CPP）的焦斑性能，建立了波前畸变下连续相位板焦斑的理论计算和分析模型，并根据CPP使用条件搭建了三倍频大口径CPP远场离线测试系统。对加工330 mm×330 mm 口径的CPP和波前畸变元件进行了理论计算和离线测试实验的对比研究。理论计算和实测的焦斑形貌、参数数值均非常一致，验证了计算模型的正确性和实验系统的可靠性。理论和实验结果一致表明，波前畸变对CPP焦斑性能的影响非常严重，当弥散斑为0.5倍CPP焦斑时，畸变量已对CPP焦斑形貌产生了很大影响，能量利用率下降值大于4%，焦斑半径增大超过20 μm，陡边阶数下降1.3阶，不均匀性均方根(RMS)值下降6%，旁瓣份额增长超过0.5%。
光学器件 连续相位板 焦斑 波前畸变 光束匀滑 惯性约束聚变
为了准确测试和评价大口径连续相位板(CPP)元件的远场光强性能，根据激光装置需求建立了351 nm波长下大口径CPP远场光强离线测试系统，开展了330 mm × 330 mm口径CPP元件测试实验，并与标量衍射计算结果进行对比，分析了系统的测试重复性和测试精度。实测系统远场弥散斑大小为2.9倍衍射极限，可测试最大口径为圆形600 mm和方形430 mm × 430 mm。测试系统在焦点±2 mm范围内的能量集中度测试重复性优于0.2 %。计算和实验焦斑形貌及分布吻合，实测能量集中度比计算结果小0.85%、焦斑半径大13 μm左右，差异由实测系统的时间匀滑作用引起，可通过缩短曝光时间和减小系统像差等措施进一步提高测试精度。
光学设计与制造 连续相位板 改进G-S算法 离线测试 光束匀滑 惯性约束聚变 optical design and fabrication continuous phase plate modified G-S algorithm off-line measurement beam smoothing inertial confinement fusion 强激光与粒子束
2013, 25(12): 3343
对大口径连续相位板(CPP)在子孔径拼接检测过程中存在的几种影响检测精度的主要因素,包括定位误差、系统误差和拼接模式等进行了归纳并分析了其对检测精度的影响权重。通过对子孔径重叠区域分布的均匀性计算，分析了检测误差对拼接质量的影响。结果表明，定位误差是影响CPP拼接精度的主要原因，而对系统误差进行有效处理可以进一步减小重叠区非均匀性，拼接模式的选择对CPP的拼接结果的影响有限。通过CPP深度特性对重叠区域均匀性的统计分析表明，在像素级别的检测中，重叠区域均方根残差随着CPP深度的增加而线性增加，即拼接精度随CPP深度的增加而降低。
连续相位板 波前检测 子孔径拼接 continuous phase plate wavefront testing stitching testing 强激光与粒子束
2013, 25(12): 3329
在惯性约束聚变(ICF)研究过程中，焦面上聚焦光斑形态要求极为苛刻。基于离线测试平台，从实验上研究了各种应用误差对连续相位板(CPP)远场焦斑能量集中度的影响。得出光束旋转误差、口径误差、平移误差和倾斜误差在可控范围内CPP远场焦斑能量集中度均高于95%，其波动范围小于0.5%，CPP的容忍度较强。而实验畸变波前属于空间频率小于0.02 mm-1的低频波前，严重影响了CPP的整形能力，波前畸变是影响能量集中度高于90%的主要因素。
连续相位板 误差分析 能量集中度 continuous phase plates error analysis energy circled fraction 强激光与粒子束
2013, 25(12): 3297
1 贵州大学 材料与冶金学院, 贵州 贵阳550025
2 贵阳学院 化学与材料系, 贵州 贵阳550003
3 里昂国立应用科学院, 法国 里昂69621
以二甘醇为溶剂合成Gd2O3: Tb3+纳米颗粒, 并在其表面包覆聚硅氧烷层, 得到核壳结构纳米颗粒Gd2O3∶Tb3+/SiOx。为了研究Tb3+离子掺杂浓度对纳米颗粒发光性能的影响, 采用几种不同Tb3+掺杂浓度进行纳米颗粒的合成, 并对其发光性能进行了检测。结果表明: 包裹聚硅氧烷层后的Gd2O3∶Tb3+纳米颗粒分散较好, 聚硅氧烷层不会减弱Gd2O3∶Tb3+纳米颗粒的发光性能。Tb3+掺杂浓度对核壳结构纳米颗粒Gd2O3∶Tb3+/SiOx的发光存在浓度猝灭现象, 猝灭摩尔分数为5%。这种具有发光特性的核壳结构纳米颗粒可作为生物传感器的探针用于生物分子的检测。
核壳结构 Tb3+掺杂浓度 发光性能 core-shell structure Gd2O3∶Tb3+/SiOx Gd2O3∶Tb3+/SiOx Tb3+ doping concentration luminescent
基于全局最小二乘拼接算法和图像融合算法建立了连续相位板(CPP)子孔径拼接检测算法，并根据全局相关匹配原理提出采用面形残差来评价CPP的加工面形。采用高精度动态干涉仪等设备建立了相应的检测系统，并针对430 mm ×430 mm口径CPP开展了数值模拟和检测实验。理论计算结果表明：系统计算误差为0.005 nm。实验结果表明,整个检测系统软硬件RMS误差小于5 nm，基本满足CPP面形检测要求。从而验证了CPP检测和评价的正确性和可行性。
光学设计与制造 连续相位板 子孔径拼接检测 面形残差 惯性约束聚变 optical design and fabrication continuous phase plate sub-aperture stitching interferometry residual surface error inertial confinement fusion 强激光与粒子束
2012, 24(10): 2296
为提高惯性约束聚变系统中聚焦光斑的能量集中度，分析了在应用过程中影响连续相位板性能的主要误差来源，并建立了相应的数学模型。通过分析得出存在误差时远场焦斑的能量集中度和均方根值，且口径误差、对准误差、振幅畸变误差对连续相位板的聚焦性能影响很小，波前畸变影响能量集中度的权重最大。进一步分析可知：当畸变波前相关长度与连续相位板的最小空间周期(10 mm左右)相当时，畸变波前极大地影响激光的聚焦性能，提高惯性约束聚变系统中畸变波前的相关长度是提高聚焦光斑的能量集中度的有效方法。
连续相位板 能量集中度 均方根值 误差分析 continuous phase plates energy concentration root-mean-square error analysis
