考虑钕玻璃放大器增益特性的光谱色散匀滑系统性能研究

采用数值方法研究了钕玻璃放大器的增益特性对高功率激光系统中光谱色散匀滑单元性能的影响.分析结果表明,入射光中心波长与放大器增益曲线中心波长不一致时,焦斑强度分布会受到一定的影响,且该影响随放大倍数增大趋于明显,而两个波长一致时,强度分布变化较小.靶面焦斑整体的辐照均匀性则主要取决于经过相位调制后的激光束的带宽,放大器的增益特性对其空间功率谱及均匀性无明显的影响.所得结论为光谱色散匀滑单元在激光系统中的实际应用提供了重要的理论参考.     

采用光谱色散平滑和连续相位板实现靶面均匀辐照的实验研究

为了改善高功率激光装置的靶面辐照均匀性, 在神光-Ⅲ原型装置的一路光上开展了结合光谱色散平滑(SSD) 和连续相位板(CPP)的高通量实验研究．实验基于调制频率9.2 GHz的体相位调制器开展, 输出的相位调制脉冲光谱展宽稳定, 脉冲波形顶部剩余调制很小. 结果表明SSD色循环数为1时预放和主放各级空间滤波器过孔顺利, 包含焦斑95%能量的通量对比度由窄带时的1.71下降到加SSD和CPP时的0.47．三倍频光脉宽1 ns, 能量1115 J时, CPP和终端光学组件元件未见损伤．通过实验解决了在高功率激光装置上采用SSD和CPP进行靶面均匀辐照的若干关键技术, 为将其应用于物理实验奠定了坚实基础.     

基于线性调频脉冲的光谱色散平滑技术实验研究

在激光驱动惯性约束聚变研究中,束靶高效耦合依赖于采用合适的束匀滑措施.目前,结合光谱色散平滑(smoothing by spectral dispersion,简称SSD)、相位板和光束叠加的技术是固体激光驱动器采用的主流束匀滑技术.瞄准间接驱动,实验研究了一套基于线性调频脉冲的SSD技术.在采用该技术后,远场色散方向上的高频调制得到了匀滑,色散后的近场也得到了匀滑.测量得到的光谱结构与理论模拟接近.该方法不需要相位调制器,而这类器件在传统SSD技术中是一个关键器件.     

基于波导相位调制器的光谱色散平滑技术实验研究

利用波导相位调制器产生的正弦调频脉冲进行了光谱色散平滑技术实验研究.结果表明该铌酸锂波导相位调制器可以容易地将DFB振荡器产生的单纵模信号展宽到0.1—1.5 nm,远场分析表明焦斑扫动规律与理论计算一致,近场分析表明SSD对近场百微米尺度的调制有显著改善.本研究为高功率激光装置束匀滑方案的优化提供了参考. 关键词： 远场 近场 光谱色散平滑 惯性约束聚变     

小宽带光谱色散匀滑光束传输特性研究

利用激光聚变研究中心自主开发的小宽带传输放大软件对小宽带光谱色散匀滑(SSD)光束进行具有"时间、空间、光谱分辨"的传输模拟,研究了SSD光束通过空间滤波器和自由空间的传输特性.给出了时间、空间、光谱的对应分布图,对比分析了SSD光束与非SSD光束的传输效应.研究结果对于合理设计SSD光束的发散角与空间滤波器小孔之间的匹配关系、选择适宜的调制频率,以及选择束匀滑色循环数等都有重要意义,同时对于光路设计特别是细光束自由传输距离的设计具有指导意义.     

Influence of spectral dispersion parameters on the beam smoothing performance of a diffractive optical element

In this paper, a theoretical model to analyze the beam smoothing performance, realized by the smoothing by spectral dispersion (SSD) and the diffractive optical element (DOE), is set up with the use of the spatial frequency spectra of the far-field intensity distribution. The influences of the parameters of the SSD, for example, the frequency of the electrical field, the integration time and the angular dispersion of the diffraction grating, on the beam smoothing performance of the DOE are numerically analyzed. Furthermore, the phase distortion is considered, and the simulated results show the phase distortion should be changed during the integration time in order to obtain a good performance of beam smoothing.     

多频多色光谱角色散束匀滑新方案

典型的光谱角色散技术中,由于光束带宽受限于高效三倍频,因而无法通过增大带宽来进一步改善焦斑均匀性.结合对四色打靶方案和多级相位调制技术的综合分析,提出了多频、多色光谱角色散束匀滑新方案.该方案能在保持高效三倍频基础上,获得带宽有所加宽,光谱包络近似连续的光源,且在远场匀滑上具有更为独特的优势.结果表明,采用束匀滑新方案后,虽然焦斑会有所增大,但其均匀性却得到明显改善;与典型的束匀滑方案相比,该方案能更为有效地抑制热斑,且达到最佳匀滑效果所需的时间有所减短.此外,通过对阵列光栅中子光栅刻线方向的自由组合可以实现多维光谱角色散的效果.     

The spatiotemporal evolution of sinusoidal phase modulated laser and its competitions with noise perturbed laser during small-scale self-focusing

Smoothing by spectral dispersion (SSD) is employed to smooth the laser irradiation in inertial confinement fusion and its effectiveness can be affected by nonlinear effects because of some special modulation of itself. In the paper, the spatial evolution dependent on the time period of the sinusoidal phase modulated laser from SSD is investigated theoretically and numerically when the modulated laser is affected by the small-scale self-focusing(SSSF). Although the effects of SSSF for SSD's modulation and noise can be eliminated by temporal average, the time-dependent modulation intensity of laser with SSD or noise will increased quickly. The results show that the low-frequency spatial modulation from SSD sometimes can affect beam quality bigger than the small-scale noise because of its controlled small initial amplitude. The simulation results agree with the theoretical analysis.     

Beam smoothing by lens array with spectral dispersion

A scheme of combining technology of lens array (LA) and smoothing by spectral dispersion (SSD) is introduced to improve the irradiation uniformity in laser fusion based on the earlier works on LA. The feasibility of the scheme is also analyzed by numerical simulation. It shows that a focal pattern with flat-top and sharp-edge profile could be obtained, and the irradiation nonuniformity can fall down from 14% with only LA to 3% with both SSD and LA. And this smoothing scheme is depended less on the incidence comparing to other smoothing methods. The preliminary experiment has demonstrated its effectiveness.     

光谱色散匀滑技术与衍射光学器件联用性能的空间频谱分析

基于空间频谱分析方法，建立了光谱色散匀滑技术(SSD: Smoothing by Spectral Dispersion)与衍射光学器件(DOE: Diffractive Optical Element)联用性能的简化分析模型，为SSD与DOE联用时，SSD参量的优化提供了理论依据.数值模拟了SSD各参量，包括脉冲时间、调制频率、位相调制系数、光栅线色散系数等对束匀滑性能的影响.模拟结果表明，SSD参量经过优化选取，且波前畸变随时间快速变化时，能获得良好的束匀滑性能.     

光谱色散匀滑对焦斑光强频谱的影响

基于焦斑光强的空间频谱分析方法,建立了光谱色散匀滑技术（SSD）对焦斑匀滑的影响模型,提出了控制焦斑空间频率调制的响应函数.揭示了SSD参量对空间频率响应函数的影响规律.理论推导和数值模拟结果都表明：SSD对焦斑光强的频率响应具有周期调制性质,调制特性和色散角、光谱形状等相关.一般地,光谱形状控制空间响应函数形状,色散角决定所能匀滑的最低频率,色循环数可改变响应函数特点,调整对空间低频和高频的匀滑效果.空间频率响应函数的特点为多维SSD应用提出了应用准则. 关键词： 光谱色散匀滑 空间频谱 焦斑 响应函数     

采用透镜列阵与光谱色散改善三倍频小焦斑辐照均匀性

通过数值模拟研究了高功率激光驱动器的光束均匀辐照情况, 分析了三倍频激光辐照下小焦斑的光强分布及空间功率谱. 采用透镜列阵可降低光束近场畸变的影响并控制靶面焦斑的包络形状; 采用二维光谱色散匀滑技术可明显地消除焦斑内部大反衬度的强度调制, 且该方法在焦斑非常小的情况下也仍然有效. 大量的数值模拟结果表明, 光谱色散匀滑技术应用于尺寸不同的焦斑时, 其效果是有差异的. 对大焦斑而言, 光谱色散匀滑主要抹平其内部细密的条纹, 即消除中高空间频率范围的强度调制; 对小焦斑而言, 光谱色散匀滑主要消除中低空间频率范围的强度调制, 故将影响焦斑的整体包络形状. 本文所得的数值结果对间接驱动实验中激光束匀滑方案的选择和优化具有参考价值.     

采用光栅角色散的宽带二倍频及聚焦特性分析

针对带宽为20 nm左右、中心波长为1 053 nm的线性啁啾宽带激光,分析了采用光栅角色散方式宽带二倍频的原理,讨论了光栅角色散性能及光栅加工误差引入的基频光位相扰动对二倍频光转换效率及聚焦特性的影响.研究结果表明:采用光栅角色散方式的宽带二倍频光的转换效率、脉冲宽度和带宽均明显增大;在0～22 nm基频光带宽范围内,二倍频光均可保持80％左右的转换效率;对于入射基频光带宽为22 nm的情况,光栅角色散率在30～80 μrad/nm范围内变化时,宽带二倍频转换效率均可保持在70％以上;基频光有位相扰动时,二倍频光带宽对二倍频聚焦光斑的主瓣影响不大,但对旁瓣有一定的匀滑作用,采用光栅角色散方式宽带二倍频的聚焦光斑旁瓣的匀滑效果更为明显.     

基于铌酸锂双折射晶体的皮秒拍瓦激光系统光谱整形

为补偿皮秒拍瓦激光系统中钕玻璃宽带放大引起的增益窄化,提出了一种基于铌酸锂双折射晶体的高能量光谱整形方法.在相同强度调制下,对比了BBO、铌酸锂和石英3种晶体,针对1053 nm激光,选用了高双折射率、大口径且不易潮解的铌酸锂作为整形晶体.理论分析了晶体厚度、倾斜角、面内旋转角对强度调制的影响,发现它们分别决定调制的带宽、中心波长及深度.并对整形过程中晶体引入的光谱相位进行了分析,发现各阶色散量随晶体厚度、倾斜角、面内旋转角变化的规律,因此可通过上述参数控制各阶色散量.在此基础上,开展了中心波长为1053 nm、带宽为10 nm、调制深度为80%的光谱整形实验和相位测量实验,实验与理论分析相一致.针对神光Ⅱ皮秒拍瓦激光系统,利用上述整形方案,国内首次实现了1700 J, 6 nm (FWHM)的高能宽带激光输出,有效补偿了增益窄化.研究结果对国内基于钕玻璃放大系统的宽频带激光装置的工程研制具有重要意义.     

光谱色散匀滑技术对衍射光学器件束匀滑性能的影响

 模拟分析了光谱色散匀滑技术对衍射光学器件束匀滑性能的影响。光谱色散匀滑技术的使用提高了衍射光学器件的抗波前畸变能力，降低了对加工精度的高要求。光谱色散匀滑技术与衍射光学器件的联用有望满足惯性约束聚变对束匀滑性能的高要求。     

真空度对强紫外激光在空气中长程传输的影响

 采用瞬态受激旋转拉曼散射(SRRS)模型，并充分考虑非线性介质分子密度、增益系数、泵浦光的衰减、斯托克斯光的非线性放大以及初始的随机斯托克斯散射场等因素，研究了空气真空度对强紫外激光在空气长程传输过程中产生的SRRS效应的影响。结果表明，真空度对SRRS效应的阈值传输距离和Stokes光的转换效率的影响较大，随着真空度的提高，Stokes光的转换效率将降低，产生SRRS效应的阈值传输距离将增大。因此，在实际工作中，可以采用真空度较高的激光传输环境来抑制SRRS效应的产生，以减小入射泵浦光能量的衰减并提高光束质量。     

位相畸变对强紫外激光在空气中长程传输的影响

 采用瞬态受激旋转拉曼散射（SRRS）模型，详细考虑了激光脉冲的位相变化、时间波形、泵浦光的衰减、斯托克斯光的非线性放大以及初始的随机斯托克斯散射场等诸多因素，研究了空间位相畸变对空气中长程传输过程中产生的SRRS效应的影响。研究结果表明：位相畸变对阈值条件和时间特性影响较小，而对光束质量影响较为明显；随着位相畸变的增大，光束的能量分布变得极不均匀，光束的光强对比度也明显变大，从而使激光光束质量变差，而且当传输距离达到阈值条件后，随着传输距离的增加，光束质量将进一步变差。     

利用消衍射透镜列阵及光谱色散平滑实现焦斑均匀辐照

提出将空间域的透镜列阵法和时间域的光谱色散平滑法结合起来实现靶面的均匀辐照. 消衍射型透镜列阵能获得边缘陡峭且顶部较平坦的准近场焦斑，光谱色散平滑则能有效地抹平焦斑内部由多光束干涉引起的细密条纹. 数值结果显示，通过该方案能获得均匀性较好的焦斑. 进一步分析了光谱色散平滑单元中位相调制和光栅的参数对辐照均匀性的影响，发现参数的选取要在焦斑均匀性和能量利用率之间取得合理平衡，以在整体上获得最佳的均匀辐照效果. 关键词： 光谱色散平滑 透镜列阵 衍射 多光束干涉     

谱色散平滑与透镜列阵联用实现均匀照明

为满足激光惯性约束聚变中靶面激光辐照不均匀性低于5%的要求,在目前使用透镜列阵基础上,提出了谱色散平滑与透镜列阵联用方案,对其进行数值计算并分析其平滑效果和应用可行性。结果表明:焦斑的不均匀性从单独使用透镜列阵时的14%降低到与谱色散平滑结合后的3%;对焦斑点功率谱的分析表明谱色散平滑通过抑制焦斑中高频的频谱强度达到平滑效果。该方案可以进一步提高焦斑平滑效果,计算结果对实际应用有着重要的参考意义。     

受激旋转拉曼散射效应对基频光光束质量的影响

 采用瞬态受激旋转拉曼散射(SRRS)和空间相位扰动模型，定量分析了泵浦光强度和脉冲宽度对基频光在空气长程传输过程中产生的SRRS效应的阈值距离和转换效率的影响，讨论了泵浦光空间相位畸变对长程传输后的基频光光束质量的影响。研究结果表明：SRRS效应的阈值距离随着泵浦光强度和脉宽的增大而变短；空间相位畸变对斯托克斯光和泵浦光的光强分布存在一定影响，对斯托克斯光相位分布的影响比对泵浦光相位的影响大；SRRS效应的存在将导致基频光光束质量明显变差，对谐波转换效率产生明显影响。