红外与激光工程
2020, 49(12): 20201074
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 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
激光辐照靶面产生的后向受激布里渊散射(SBS)光经连续相位板(CPP)调制会产生衍射强值并对光学元件造成损伤。利用建立的SBS激光后向近场衍射传输模型及菲涅耳衍射理论,分析并数值模拟了衍射距离、CPP设计参数和应用位置等参量对近场衍射调制的影响。结果表明:在一定范围内,近场调制度随衍射距离的增大而迅速增强;CPP相位幅度、最小空间周期和频谱控制均会影响近场调制,其中相位幅度的影响较大;倍频CPP对近场调制的影响小于基频CPP对近场调制的影响。CPP后向近场衍射传输分析有助于理解相位型光学器件的近场光强分布,对高功率激光系统中光学元件的排布及CPP的优化具有指导意义。
衍射 连续相位板 受激布里渊散射 近场调制 惯性约束聚变 光学学报
2020, 40(22): 2205001
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
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
为了提高聚焦光束质量,针对高功率激光驱动器的连续相位板(CPP)进行设计,改进了传统盖斯贝格-撒克斯通(G-S)算法的设计。设计基于分步分段控制相位板频谱的目标,约束初始相位的选取,保留带有目标焦斑低频信息的初始相位信息,在迭代过程中适当控制中高频信息。实验结果表明,相对于传统随机连续初始相位,改进后CPP作用下的焦斑顶部光强方均差误差(RMS)能更快地收敛到目标阈值。改进的初始相位不仅避免了G-S算法可能产生局部最优的问题,而且也能很好地应用于非对称焦斑的设计。
光学器件 光束质量 连续相位板 盖斯贝格-撒克斯通算法 初始相位
针对惯性约束聚变装置中多色光谱色散匀滑技术在集束中的运用, 提出了对电光调制器、色散光栅和连续相位板(CPP)等主要单元器件进行独立设计和优化的思路。基于这一思路, 分别模拟和分析了电光调制器、色散光栅和CPP等单元器件的参数对集束辐照特性的影响。提出了优化的多色光谱色散匀滑方案参数, 并仿真了束匀滑参数对激光束纵向成丝特性的影响。结果表明,通过优化不同子束的电光相位调制器和色散光栅参数,可以进一步改善靶面的辐照均匀性。当集束中各子束采用不同的CPPs时, 焦斑均匀性得到有效改善, 热斑比例明显降低。采用功率谱密度对激光束的光束质量进行分析, 结果表明多色光谱色散匀滑方案能有效降低峰值强度, 使光强分布更加均匀, 从而有利于抑制激光束成丝。
激光光学 多色 调制频率 色散光栅 连续相位板 均匀性
北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100094
为深入研究黑腔内激光成丝不稳定性产生和发展, 建立了空间束匀滑光束的传播模型, 利用三维激光等离子体相互作用程序LAP3D模拟了黑腔物理条件下的大尺度成丝现象。模拟结果可正确描述成丝后光强的束发散现象及谱空间光强分布特征。从激光能量参数角度分析了导致成丝不稳定性发展的物理因素, 并讨论了应用空间束匀滑技术抑制成丝不稳定性的局限性。研究表明: 空间束匀滑光束发展成丝的能力取决于光斑内小焦斑的成丝表现, 当具备成丝能力的小焦斑份额达到一定比例后, 就会导致整个空间束匀滑光束成丝, 因此对于光斑平均功率密度较高的光束, 须考虑结合其他束匀滑手段来抑制成丝发展。
惯性约束聚变 连续相位板 激光成丝 inertial confinement fusion continuous phase plate laser filamentation 强激光与粒子束
2016, 28(11): 112004
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
最小空间周期是连续位相板(CPP)设计和加工过程中的重要特征参数。根据惯性约束聚变大型激光驱动装置的需求，建立不同空间周期的CPP设计与分析方法，研究了不同最小空间周期对磁流变加工和焦斑性能的影响。结果表明，磁流变加工的去除函数尺寸直接与CPP的最小空间周期成线性关系，而加工去除量与最小空间周期的平方根成线性关系，最小周期越大，加工越容易，但加工量越大；焦斑整形性能受最小空间周期的影响小，能量集中度差异小于0.2%，但焦斑顶部均匀性随着最小空间周期变小而变好，5 mm 最小周期CPP的焦斑顶部不均匀比15 mm 的CPP小3.5%。因此，设计时应尽量减小最小空间周期，但选取的最小空间周期不能大于加工设备的约束条件。
光学器件 连续相位板 焦斑 最小空间周期 光束匀滑 惯性约束聚变
1 四川旅游学院信息技术系, 四川 成都 610100
2 四川大学电气信息学院, 四川 成都 610064
为了提高惯性约束聚变(ICF)系统中的焦斑质量，达到靶面辐照均匀性的苛刻要求，系统需要采用束匀滑技术。由于连续相位板(CPP)能灵活控制焦斑形状，且衍射效率高等自身特点，得到了极大推荐。在实际使用过程中，由于光学系统中的多种因素可能造成激光束波前畸变，这将影响连续相位板的匀滑效果。建立了全频段波前畸变激光束的传输与远场的关系，给出了86%的能量焦斑尺寸与低频波前畸变峰谷值和连续相位板面形峰谷值比值的关系，以及86%能量焦斑尺寸与低频畸变波前的均方根梯度值的关系。根据该关系，可以找到波前控制的范围。
光学设计 连续相位板 峰谷值 均方根梯度 波前畸变 激光与光电子学进展
2015, 52(7): 072204
北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100088
在激光靶耦合流体模拟程序中, 相对于传统几何光路追踪方法, Wigner分布函数光路追踪方法可以描述激光衍射效应; 但Wigner分布函数方法需要大量的激光光线来刻画激光能量在相空间的分布, 降低了流体计算效率。基于Wigner分布函数方法提出了一个唯象模型, 可以用较少的光线刻画宏观特征。该模型将Wigner分布函数分解成坐标空间与相空间两部分函数的乘积, 并假定相空间分布函数具有特定的形式。该模型适用于空间相干度较低的实际光束, 成功描述了OMEGA激光器光束, 并且可以描述经过连续相位板匀滑后的实际光束。
间接驱动惯性约束聚变 激光靶耦合 几何光路追踪 Winger分布函数 连续相位板 inertial confinement fusion laser and plasma interaction geometric ray tracing Wigner distribution function continuous phase plate 强激光与粒子束
2015, 27(3): 032003
惯性约束聚变(ICF)系统打靶对焦斑的大小及能量分布均匀性都有明确的要求，在连续相位板设计过程中要同时兼顾这两个方面。研究了连续相位板的面形与远场焦斑光强均匀性间的关系，从理论上推导了元件表面调制深度与焦斑尺寸的关系，并进行了定量计算。结果表明，焦斑半径随连续相位板的面形调制深度线性增加。鉴于连续相位板具有的随机特性，比较了不同相位板远场特性的区别，研究了面形调制深度对其光强峰谷值和均方根值的影响，结果表明不同设计的连续相位板，远场特性有较大的不同。当面形调制深度在5~15个波长时，焦斑具有较低的光强峰谷值和均方根值，连续相位板具有较好的束匀滑效果。
连续相位板 调制深度 均匀性 束匀滑 continuous phase plate modulation depth uniformity beam smoothing 强激光与粒子束
2014, 26(10): 102003
