拼接光栅缝隙对激光脉冲光强分布的影响

以拼接光栅作为色散元件的激光脉冲压缩器中,要求脉冲压缩光栅表面光强分布均匀、能量输出效率高。利用菲涅耳-基尔霍夫衍射原理对脉冲压缩光栅表面光强和远场光强分布进行了研究。计算了拼接光栅缝隙宽度对光栅表面光强变化量和远场光强极大值的影响。在利特罗角附近入射时发现激光脉冲光强分布与拼接光栅缝隙宽度相关,得出了光栅拼接缝隙宽度应控制在0.5 mm以内。适当提高缝隙衍射效率能够改善光强分布均匀性和提高光能量输出,提出了对拼接缝隙采用两次重复曝光以提高其衍射效率的方法。     

阵列光栅压缩器的空域特性

 引入角度偏差、位移偏差作为拼接光栅系统的物理参数，定义了拼接光栅的孔径函数，利用傅里叶角谱理论研究了高斯脉冲入射拼接光栅压缩器后的远场分布特性。研究表明：出射脉冲仍然是高斯型脉冲，但包络中心发生偏移，偏移量由角度偏差量和光束口径决定;位移偏差引入的相位随着拼接光栅压缩器传递，其对远场焦斑的影响，取决于每片子光栅的非整数倍光栅常数的横向位移偏差和纵向位移偏差的综合作用。通过数值计算得到了各维偏差对阵列光栅压缩器空域特性的影响,计算表明:光栅面外角度偏差(俯仰左右)和条纹平行度偏差都必须控制在1 mrad以内，在此范围内，应将位移偏差控制在52 nm以内。     

大面积拼接光栅的远场衍射分析

针对大面积光栅制作过程易出现的拼接偏差问题,基于标量衍射理论推导拼接光栅远场衍射的光强分布,计算分析几种常见拼接误差对拼接光栅性能的影响,以确定光栅拼接过程的误差容限.研究表明:拼接光栅的远场衍射光场随纵向和横向平移误差的变化呈周期性,且这两种平移误差带来的影响可相互补偿;而拼接光栅的旋转误差对远场衍射光场分布的影响较严重,当旋转误差增大到9.5875×10－5度时,衍射光场的峰值光强降为0.9,且两光栅各自峰值出现的方向成9.5875×10－5度.     

有像差情况下的全息光栅拼接研究EI北大核心CSCD

激光约束核聚变系统需要大口径脉冲压缩光栅。全息光栅拼接法是制造大口径光栅的重要手段。针对有像差的全息曝光系统,提出了一种拼缝处光栅对准拼接方法。为研究像差对光栅拼接特性的影响,用随机波面进行了光栅模拟拼接,计算了远场衍射能量分布与拼接误差的关系。实验拼接了(150+150)×200 mm2口径光栅,其拼接均方根误差值为0.034λ,峰-峰误差值为0.110λ。利用光栅±1级衍射波面,计算得到了曝光系统像差,并模拟了拼缝处最小拼接误差,其均方根误差值为0.016λ,峰-峰误差值为0.105λ。结果表明,拼接误差与理论模拟结果相近。该误差不会造成远场衍射光斑能量明显下降。由此证明了该方法的可行性。     

单程拼接光栅压缩池系统中光栅缝隙的衍射效应

利用傅里叶光学方法，建立了一个基于远场的高斯光束数学模型.该模型能够分析单程拼接光栅压缩池系统中拼接光栅的缝隙对远场时空特性的影响.数值模拟得到了不同系统参数时远场时空特性关于缝隙宽度的变化曲线.揭示了光栅缝隙对远场的影响规律：对于双光栅拼接的压缩池系统，若只是压缩池中第二块光栅为拼接光栅，则光栅缝隙导致远场时域略微变窄；若压缩池中的两块光栅都是拼接光栅，则缝隙导致远场时域展宽或者变窄，依赖于入射脉冲的傅里叶变换极限型脉宽大小；光栅缝隙对于远场强度分布的影响是导致中央主峰能量下降，并且出现两个子峰，子峰的峰值随缝宽的增大而增大.     

透射型光折变体全息光栅对超短脉冲激光光束衍射的特性

在Kogelnik耦合波理论的基础上,考虑光栅记录介质的色散效应的影响,研究了光折变体全息光栅对不同偏振状态的超短脉冲激光光束衍射的性质,讨论了高斯型入射脉冲激光光束的谱宽与光栅的有效衍射谱宽之比不同时,衍射和透射光束的光谱宽度、时间宽度、波形和衍射效率的变化。结果表明,光栅的有效衍射谱宽受光栅参量及入射条件的影响,对衍射性质的影响很大,且在考虑光栅记录介质的色散效应时减小。当入射脉冲的偏振方向垂直于入射面时,光栅的有效衍射谱宽大于偏振方向平行于入射面的情形,衍射效率在入射脉冲宽度较大时小于偏振方向平行于入射面的情形;谱宽比较大时,衍射光束的时间分布曲线产生展宽和变形,且比偏振方向平行于入射面的情形展宽和变形得更加明显。     

光谱色散后的相位调制光束衍射特性研究

用数值方法研究了激光驱动器系统中使用光谱色散平滑单元后光束的衍射特性.模拟结果表明，光谱色散会使光束衍射光斑变大，近场空间强度均匀性改善，而远场光斑内部存在光强接近于均匀分布的区域.进一步分析了光谱色散平滑单元中相位调制器的调制深度、调制频率及光栅色散系数等主要元件参数对光束传输特性的影响，发现在一定情况下光斑内部会出现较强的强度调制. 关键词： 光谱色散平滑 光束衍射 近场 远场     

反射型体全息光栅对超短脉冲激光光束衍射的性质

在光栅记录介质色散效应的影响下,拓展Kogelnik的耦合波理论研究了反射型体全息光栅对偏振方向垂直和平行于入射面的超短脉冲激光光束衍射的性质。结果表明对于记录在LiNbO3光折变晶体中的体全息光栅,在色散效应、光栅参量和入射条件的共同影响下,光栅对偏振方向垂直于入射面的超短脉冲激光光束衍射的光谱带宽大于对偏振方向平行于入射面的超短脉冲激光光束衍射的光谱带宽,在不考虑光栅介质色散效应的影响时,它们都变大。进一步给出了衍射光的光谱带宽及光栅的衍射效率随入射脉冲的光谱带宽与光栅的光谱带宽比值的变化情况。     

高斯-谢尔模光束通过光栅的远场特性

针对现代激光系统中使用的衍射光学元件,以高斯-谢尔模光束为研究对象,分析了部分相干光通过光栅后的远场特性。利用部分相干光的标量传播公式,对不同束腰宽度、相关长度和相干长度的高斯-谢尔模光束经光栅后的传输特性进行了数值计算,得到了多种情况下光束的远场强度分布。     

基于多层介质膜光栅的谱合成系统光束特性分析

针对多层介质膜光栅在光束谱合成系统中的应用, 利用光线追迹方法, 建立了基于多层介质膜光栅的谱合成系统光传输模型. 多层介质膜光栅引入的相位调制包括浮雕表面上光程差与浮雕结构光程差两部分, 且受到光栅槽深、占空比和光束入射角等因素的影响. 利用衍射积分方法和光束非相干叠加原理, 计算模拟了基于多层介质膜光栅的谱合成系统的合成光束光强分布. 在此基础上, 利用强度二阶矩方法分析了合成光束的光束质量, 并讨论了多层介质膜光栅的槽深、占空比和制作误差等因素对合成光束特性的影响. 结果表明: 改变多层介质膜光栅的槽深和占空比以及中心光束入射角会影响合成光束能量, 但不会影响合成光束的光束质量, 合成光束的光束质量始终保持与单个子光束的光束质量相当; 多层介质膜光栅的制作误差对合成光束的光束质量和能量均存在明显影响.     

Matched wavelength and incident angle for the diagnostic beam to achieve coherent grating tiling

Design and operation of a practical, accurate alignment diagnostic system is important for the grating tiling technology, which is supposed to be applied in a chirped-pulse amplification system to increase the output power. A diagnostic method is proposed and demonstrated for grating tiling. Provided that the wavelength and incident angle of the diagnostic beam are properly set, the far-field of the main laser beam and that of the diagnostic beam can vary in the same way with the tiling errors between the sub-aperture gratings. Therefore, rotational and translational errors can be controlled and compensated according to the far-field of the diagnostic beam. The real-time monitoring and alignment can be achieved without disturbing the main beam.     

高功率激光装置光束准直系统新型远场监测技术

利用高功率激光装置空间滤波器小孔成像和取样光栅的衍射,设计出一套新型光路远场监测方案,并且在实验平台上进行了实验验证.实验结果表明：相对传统的远场监测方法,该远场监测系统通过侧面离轴光栅取样灵活利用空间,其调整平均误差为空间滤波器小孔直径0.9%,能够满足准直系统远场调整精度(<小孔直径5%)的要求. 关键词： 激光技术 光束准直 光栅 远场     

横向衍射技术测量光纤光栅的特性

提出了一种用Ｈｅ－Ｎｅ激光侧面照射光纤光栅，从另一侧探测光栅的布拉格衍射效率来测量光纤光栅光谱特性的技术，并用该技术测量了光栅的折射率变化的分布。     

基于二元光学设计的高能激光窗口的初步探讨

对非均匀近场强度分布影响强激光远场聚焦效果的原因进行了分析。对高能激光窗口进行了二元光学设计。提高了光束强度分布的均匀性,改善了光束质量。介绍了二元光学设计的基本原理,采用随机并行扰动爬山法对窗口的位相分布、变换后的光束强度分布、衍射效率和光束均匀性进行了计算。计算结果表明,基于二元光学设计的激光窗口能有效地改善光束强度分布的均匀性,提高了发射光束的质量。     

光栅角色散和制作误差对谱合成光束特性的影响

 考虑光束的发散、光栅角色散以及光栅制作过程中存在的刻槽倾角误差,应用光线追迹方法,建立了激光束入射到光栅时相位变化的计算模型。利用衍射积分方法和光束非相干叠加原理,推导出阵列光源各子光束经谱合成系统后合成光束的光强分布解析表达式。在此基础上,利用强度二阶矩方法,计算了合成光束的M²因子,并定量分析了光栅角色散和光栅刻槽倾角误差对谱合成光束特性的影响。研究结果表明:光栅角色散和光栅刻槽倾角误差的存在均会导致谱合成光束的光束质量变差,光栅刻槽倾角误差的影响比光栅角色散的影响更为明显。     

诱导空间非相干束匀滑技术的近区特性及改善技术

诱导空间非相干技术是面向激光驱动惯性约束核聚变的一种具有自身独特优势的束匀滑方法.然而直接使用诱导空间非相干方法将引起强烈的近区强度空间调制,这将威胁装置的运行安全,并严重限制装置的最大输出能力.这也是该方法应用于聚变级高功率激光装置的主要技术障碍之一.本文介绍了一种通过双透镜滤波系统对诱导空间非相干束匀滑技术导致的近区空间强度调制进行匀滑的技术.利用该技术可以在保留诱导空间非相干束匀滑方法的先天优势(更好的远区匀滑特性)的前提下,获得均匀、稳定的近区强度分布,从而避免高功率激光系统在使用诱导空间非相干束匀滑技术时,因为近区强度不均匀、不稳定导致的器件损伤及输出能力受限.在理论建模和数值分析的基础上,以近区调制度、软化因子和透过率为主要评价指标,对比分析了方形、圆形、高斯型等3种滤波孔在不同尺寸下的近区输出效果,最终给出了一种典型的优化结果:16×16诱导空间非相干分割数、0.8倍衍射极限宽度、方形小孔.此时近区强度分布均匀,同时保证了较好的远区匀滑效果和高的能量利用率.在此基础上,针对装置的实际应用情况,进一步分析了准直误差对近区强度分布的影响,结果表明准直误差小于0.1倍衍射极限便不会影响输出的近区质量.对诱导空间非相干束匀滑方法所得焦斑的模拟分析表明,滤波系统的加入能进一步改善焦斑的低频不均匀性.     

台阶光栅衍射的傅里叶分析

提出了一种台阶光栅模型 ,并应用傅里叶光学方法推导出了反射式衍射光强的表达式。分析计算了衍射光强随台阶数、入射波长、衍射角和轮廓角 (闪耀角 )的变化关系。结果表明 ,台阶光栅能起到闪耀作用 ,台阶对衍射强度分布有影响 ,但不改变衍射光极大值的位置 ,随台阶数的增加 ,能量逐渐向闪耀方向集中。当台阶数等于 8时 ,其衍射效率可接近三角形闪耀光栅的衍射。台阶光栅衍射的傅里叶分析对光栅制作有一定的指导意义