高功率激光系统空间滤波小孔等离子体特性

 为解决高功率固体激光系统空间滤波小孔堵孔问题,针对空间滤波小孔中的等离子体溅射现象,对等离子体扩散１维分布模型进行了分析。分别对铝、金和碳等3种典型材料１维分布情况及扩散速度进行了数值模拟,得到等离子体扩散速度大约为107 cm/s。根据模拟计算结果,分析了神光Ⅲ原型装置助推放大级的堵孔风险,结果表明,在长脉冲情况下等离子体溅射造成的影响不可忽略。     

啁啾脉冲放大系统中空间滤波器小孔尺寸的设计

为了获得啁啾脉冲放大系统(CPA)中空间滤波器的小孔尺寸,可以利用傅里叶光学的方法和激光模式理论,通过数学上的合理近似和对能量频谱函数的数值积分,计算激光束中基横模和主要低阶横模的径向空间频谱与空间截止频率,并讨论以基横模的空间截止频率作为空间滤波器的截止频率的可行性,从而确定小孔光阑孔径的大小并得出一个具有普遍意义的结论,即小孔直径约取6.93倍衍射极限长度时,空间滤波器能够较好地滤去TEM00模以外其他横模的大部分高频能量成分,从而提高光束质量,此结果在实验上得到很好的验证。此外,以M2因子为基础,可以得到一个用以辅助描述空间滤波器滤波性能的光束质量改善因子B。     

强激光束在柱面镜空间滤波器中的传输特性

为了解决空间滤波器滤波针孔堵孔问题,提出了一种新型柱面镜空间滤波器,新型柱面镜空间滤波器由柱面镜和狭缝构成。利用线性传输理论,对高功率激光束在新型柱面镜空间滤波器中的传输特性进行了数值模拟。结果表明:新型柱面镜空间滤波器的焦斑面积比传统滤波器大,而焦斑功率密度较小;新型柱面镜空间滤波器的滤波效果与传统滤波器相同,近场均匀性也相同。因此新型柱面镜空间滤波器能够抑制空间滤波器堵孔效应,可以缩短空间滤波器系统透镜焦距,从而提高功率装置的整体性价比。由此,采用新型柱面镜空间滤波器替换传统球面镜空间滤波器具有可行性。     

黑腔LEH堵孔实验研究取得新进展

在神光Ⅲ主机激光装置上,采用单端带激光注入孔(LEH)的桶状黑腔,利用极区分幅相机和极区附近X光条纹相机获得黑腔内壁附近和LEH附近等离子体的X射线发射时空演化图像,进而研究LEH堵孔特性。X光图像清晰地展示了激光光斑移动、LEH附近等离子体缩孔和堵孔过程,为优化LEH尺寸提供了实验依据。     

钕玻璃高功率激光系统中的空间滤波器的基本研究

本文在阐明多级空间滤波器像传递对改善光束质量作用的同时,对滤波小孔的选择进行了细致的理论探讨和数值计算。并对多级空间滤波器的景深提出了新的观点。对滤波器的精调提出了一套新的实验技术。 关键词：     

高斯光束的4F光学系统空间滤波效应模拟与实验验证

以频谱的傅立叶变换与空间滤波理论为基础,对高斯光束经过4F光学系统的空间滤波后光强、相位调制进行了理论分析;利用MATLAB数学软件模拟了"光"字屏经过4F系统频谱面高通、低通滤波后形成的图像;自行设计微分屏,通过改变衍射光的相位实现了边缘增强的动态效果模拟,实验现象与以上模拟结果完全吻合。理论模拟可以生动、深入地揭示高斯光束在4F光学系统中傅立叶变换与空间滤波物理内涵,其模拟方法与效果展示可以为功能型滤波器的设计提供参考。     

像差对三镜型线聚焦滤波器效能影响的数值研究

线聚焦滤波技术能够大幅缓解甚至解决目前聚变装置中的等离子体堵孔效应及激光装置规模庞大等问题,在聚变激光装置中具有较广阔的应用前景。采用像差的衍射理论,分析了各类像差对三镜型线聚焦滤波器效能的影响。给定滤波系统中评判像差影响时采用的两个重要参量(输出光束的近场对比度及滤波狭缝的内边缘强度)及其容许范围;在滤波器中引入不同类型和大小的像差,根据参量的变化获得各类像差的容许值,并与传统的针孔滤波器进行对比。结果表明:透镜上存在的各类像差都会导致波面上产生各种非均匀的相位变化,并降低光束质量,而像差导致的弥散或形变也会使滤波狭缝内边缘的辐照强度发生变化,即随像差增大而不断降低。对三镜型线聚焦滤波器效能影响最大的像差来自于第一块柱面镜上的球差和场曲。     

采用衍射掩模产生白光横向平顶光束

白光横向平顶光束在定向背光式自由立体显示器中有重要应用.本文提出一种采用带蝶形小孔阵列的衍射掩模片获得白光横向平顶光束的方法.根据广义惠更斯-菲涅耳衍射积分和多波长叠加原理,推导出光强分布计算式.设计一套实验装置,数值模拟并实验验证出射光束在不同距离的横向光强分布以及小孔蝶形凹度(蝶形中心高度与边长的比值)对横向光强分布的影响.结果表明:当选择小孔蝶形凹度为0.50—0.66时,可以得到平顶因子F 0.89的白光横向平顶光束,横向平顶光束的宽度随着传输距离的增大而增大,而平顶因子基本不变.实验还发现柱面透镜的折射色散和衍射色散可以互相抵消,使白光横向平顶光束基本无色散.     

拉曼链系统用空间滤波器设计的实验研究

进行了惯性约束聚变（ＩＣＦ）准分子激光拉曼链工程的基础研究工作。为给出拉曼链中所用空间滤波器的设计要求和可靠性,进行了详细的设计实验判断性研究。给出研究过程和结果,并对设计结论和优化方法进行了基础分析。还据实验结果讨论了适用于高功率激光系统的空间滤波器的设计中面临的焦距和滤波小孔孔径选择的不确定性、滤长和光束功率密度对选择小孔的影响等问题。     

一种同时测量高斯光束束腰位置和半径的新方法

从高斯光束的横向光强分布特性出发,建立了小孔光阑透过光功率与高斯光束束腰位置、束腰半径、光阑孔径和光阑位置间的关系式。用氦氖激光器、凸透镜、小孔光阑和硅光电池等搭建了一套简单测量装置,利用此装置对同一小孔光阑在高斯光束传播方向上不同位置时的透过光功率进行了测量。用所得的理论公式对实验数据进行拟合,通过拟合出的参数可同时测得高斯光束的束腰位置和半径。测量结果表明,该方法不仅合理、可行,而且具有装置简单、操作方便等优点。     

激光等离子体堵口效应的理论模拟

采用较为简化的理论模型,根据离子运动方程的自相似解,模拟了激光辐照腔靶时产生的妨碍能量继续注入的堵口效应,获得了注入腔靶的能量份额随小孔初始半径及激光参数的变化曲线。理论与实验结果相符。     

高功率固体激光构型验证装置波前畸变及补偿特性

为了优化高功率固体激光装置波前补偿系统的设计方案,基于构型验证装置开展了波前测试和补偿实验。实验结果显示,虽然等效钕玻璃片数大大增加,但由于主放采用了"U"型反转器技术,扣除离焦量后的静态和动态波前与原型装置相比没有显著提高,主要变化为离焦分量。若不采取任何补偿措施,会影响激光在前级滤波器的顺利过孔,造成近场缺光现象。实验中,为保证激光在动态发射时顺利过孔,采用了调节透镜的方式,使激光在各级滤波小孔位置有合适的预留量。同时,利用原型装置现有的小口径变形镜对扣除离焦后的像差进行补偿,减小激光在末级滤波小孔位置的像差。综合上述两种方法,成功解决了近场缺光的问题。针对未来高功率固体激光装置,伴随着光束口径和等效钕玻璃片数的增加,主放大器内的像差也会大幅度增加,采用上述调节透镜的方式可能无法兼顾静态和动态两种状态下的通光问题,需要在主放大系统内增加主动补偿措施,为腔镜变形镜的应用提供了实验依据。     

Investigation on the pseudospark electron beam and its applicationfor the generation of soft X-rays

An investigation on the pseudospark electron beam is presented in this paper. Time-integrated and time-resolved pictures of the X-rays generated by the electron beam are taken with a special X-ray pinhole camera. They show the spatial and temporal development of the pseudospark electron beam. Time-integrated pictures indicate spatial instabilities of the electron beam caused by a bent or broadened electron beam due to space charge effects. The results of the time-resolved measurements show X-ray emission only during two short periods at the very beginning of the discharge before the beam current reaches its maximum. Only during these periods does the electron beam contain high-energy electrons. In between these two periods the energy of the beam electrons decreases because of a space-charge-limited beam transport     

辐射加热腔诊断孔堵口特性实验研究

研究辐射加热腔诊断孔堵口现象。实验采用波长为１．０５３μｍ、能量为３００－４００Ｊ、脉宽为－８００ｐｓ的高斯型激光脉冲，双束对打具有双源区的腔靶。在激光入射口及内腔口服两台亚千电子伏特Ｘ射线能谱仪监测源区与内爆区发射的Ｘ光谱。定性分析和讨论了堵口现象。     

强激光束与空腔靶相互作用实验研究

1.06μm波长的强激光束辐照Au材料制作的空腔靶,采用目前国内最先进的诊断设备。对腔内高温等离子体现象演变规律进行了实验观察,获得了反射激光、能量吸收、X光转换、亚千X光能谱及时空特性、辐射温度、超热电子等重要物理信息,并就实验结果作了必要的分析和讨论     

等离子体削波纳秒激光脉冲波形测量

实验上采用比对方法测试了激光不经过固体与经过固体介质产生等离子体削波的脉冲波形信号,获得等离子体削波效应产生的脉冲削波倍数。实验结果表明,在波长1.064 m,脉宽1 ns,聚焦透镜焦距100 mm,薄石英片厚度100 m,约束等离子体的小孔直径80 m情况下,等离子体效应产生的脉冲削波倍数为12~14;分别改变石英片厚度和约束等离子体小孔直径,等离子体脉冲削波倍数不变;增加入射激光能量,脉冲削波倍数增加,且经过等离子体后的激光脉冲波形的后沿逐渐出现很陡的下降沿。在产生脉冲削波的截断点位置进行图形拼接重构得到激光脉冲波形信息。     

针孔点背光技术实验

在“星光Ⅱ”装置上进行针孔点背光技术的演示实验.利用激光辐照φ50μm的小孔产生的堵孔效应使X光的脉宽缩短，起到类似于短脉冲点背光源的作用.另外利用成像方法，实验演示了由面背光方式获得点背光技术，称之为点针孔背光技术.实验结果表明：结合堵孔效应和点背光方式，能获得与点背光同样的结果，这样可以避开点背光对激光器较为苛刻的要求.     

激光诱导等离子体开关控制脉宽实验研究

 利用激光诱导等离子体开关技术，在1 064 nm的Nd：YAG固体激光器上获得了脉宽4.4~6.4 ns的短脉冲激光输出。激光电离空气产生的等离子体开关控制脉冲宽度时，聚焦透镜焦距越短，压缩后的脉宽越窄，但激光能量损耗越大。压缩后的激光脉宽与激光能量近似成双曲线关系。在控制脉宽光路的焦点处放置带孔的Cu薄片可抑制等离子体的扩散，得到了脉宽最短可达4.4 ns的激光输出。     

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