大口径光学元件波前功率谱密度检测

波前功率谱密度（PSD）被用于评价惯性约束聚变激光驱动器光学元件在中频区域的波前误差。高功率固体激光装置对大口径光学元件波前质量的要求有别于传统光学系统,要求对波前误差进行较高空间频率的测量。探讨了大口径光学元件波前的高空间分辨率检测技术,采用大口径相移干涉仪作为波前检测仪器,通过傅里叶变换获得波前一维功率谱密度分布。对惯性约束聚变激光驱动器的典型光学元件进行了波前功率谱密度的的检测和分析。     

干涉仪系统传递函数测量及影响因素的分析

波前功率谱密度(PSD)被用于评价惯性约束聚变(ICF)激光驱动器光学元件中频段的波前误差。干涉仪对PSD较高空间频率分量的测量存在失真效应,可通过干涉仪系统传递函数(STF)的检测标定来获得真实的波前PSD分布。采用台阶板位相比较法测得大口径菲索相移干涉仪检测系统在透射和反射检测情形下的传递函数。对传递函数测试算法进行了比较分析,明确了干涉仪系统zoom倍率的改变等因素对传递函数测量的影响,为波前PSD的准确检测奠定了基础。     

新型激光装置前端系统激光时间脉冲整形技术

对惯性约束聚变实验而言,激光时间脉冲整形具有非常重要的意义。随着惯性约束聚变技术的不断发展,对终端脉冲的时间填充因子的要求越来越高,直接导致了对前端系统时间脉冲整形技术的要求也越来越高。为了满足惯性约束聚变实验对前端时间脉冲整形技术的要求,自行设计了“刀口器”装置。利用这一装置,并结合改进的时空变换脉冲整形技术,在“神光—Ⅱ”的升级装置上,实现了大功率激光装置上的激光时间脉冲整形,在终端得到了脉宽1．16ns、上升沿337ps、下降沿360ps、时间填充因子为81．2％的方波激光脉冲,满足了物理实验对前端系统激光时间脉冲整形的要求。同时,提出了进一步改进的措施,以满足今后物理实验的更高要求。     

成像型任意反射面速度干涉仪研制

成像型任意反射面速度干涉仪是激光驱动冲击波研究的重要诊断设备,主要应用于惯性约束聚变脉冲整形实验、高压状态方程实验研究和材料特性研究.基于传统任意反射面速度干涉仪的特点,研制了一台基于神光Ⅲ原型装置的成像型任意反射面速度干涉仪,该系统可用于测量自由面速度及透明介质中的冲击波速度.给出了成像型任意反射面速度干涉仪的详细设计要点.对系统性能进行了分析及测试,结果表明时间分辨优于30 ps,物方空间分辨约为10 μm,测速范围为6～45 km/s.     

双变形镜双哈特曼-夏克传感器耦合校正系统

双脉冲双向传输放大构型是一种在惯性约束聚变激光驱动器领域具有极大应用价值的新型多程放大技术。针对变形镜代替腔镜对双向传输放大构型两束脉冲波前畸变进行补偿的问题,通过将两束脉冲波前先拼接再补偿的方法,研究出了一种基于双变形镜双哈特曼-夏克传感器耦合控制的新型波前校正技术,并利用神光-Ⅲ主机装置的实测数据进行了模拟验证。结果表明,该技术能够有效控制两束激光传输放大过程中所引入的波前畸变,满足系统对空间滤波器过孔的要求。     

神光-III激光装置时标激光和任意反射面速度干涉仪探针光源产生技术

在惯性约束聚变研究中, 时标激光是对物理诊断数据进行分析的重要时间标尺, 而任意反射面速度干涉仪(VISAR)光源则是冲击波精密诊断必不可少的探针光源. 通过对物理需求的分析, 提出对时标激光与VISAR光源共用脉冲产生单元, 采用时分复用技术实现二者在同一台幅度调制器上的精密整形, 经1×2分束后再通过声光开关进行选择输出, 从而降低了系统造价, 便于集中控制. 采用了脉冲稳偏、高稳定空间放大、高精度温控谐波转换技术及可快速插拔精密复位的光纤耦合和传能技术, 实现了时标和VISAR光源脉冲的高稳定输出. 研制的时标激光系统可产生与主激光高精度同步的12路二倍频、4路三倍频时标信号, 为神光-III激光装置物理实验提供了重要的时间基准. 产生的VISAR光源脉冲在经过光纤系统和Nd: YAG棒状放大器后, 通过温控LBO晶体倍频, 然后经1 mm芯径的多模传能光纤传输至成像型VISAR系统, 为物理实验提供了单纵模、高亮度、可精密整形的脉冲激光. 系统已用于VISAR诊断物理实验, 获得了完整的冲击加载、减速的图像, 从而为冲击波调速及相关高压物理实验提供了可靠的技术手段.     

光学元件波前梯度的数值计算方法

 惯性约束聚变系统中光学元件的波前梯度均方根是一个关键参数，对其数值计算涉及到的空域处理、频域滤波及梯度算法等关键技术进行了理论分析。分别采用最简单差分算法、中心差分算法、最小二乘拟合算法、“五点法”对实测波前数据进行了梯度均方根值计算。结果表明波前数据的空域处理采用Quad-flip技术较为合适；频域滤波器的选用上应着重考虑滤波的有效性。对于原始波前，4种算法计算梯度均方根值的差别小于0.01 λ/cm(λ=632.8 nm)；而对于截止频率为0.0303 线/mm的低通滤波后波前，其差别小于0.001 λ/cm，该差别对计算结果的影响可以忽略。     

神光-Ⅲ激光装置时标激光和任意反射面速度干涉仪探针光源产生技术

在惯性约束聚变研究中,时标激光是对物理诊断数据进行分析的重要时间标尺,而任意反射面速度干涉仪(VISAR)光源则是冲击波精密诊断必不可少的探针光源.通过对物理需求的分析,提出对时标激光与VISAR光源共用脉冲产生单元,采用时分复用技术实现二者在同一台幅度调制器上的精密整形,经1×2分束后再通过声光开关进行选择输出,从而降低了系统造价,便于集中控制.采用了脉冲稳偏、高稳定空间放大、高精度温控谐波转换技术及可快速插拔精密复位的光纤耦合和传能技术,实现了时标和VISAR光源脉冲的高稳定输出.研制的时标激光系统可产生与主激光高精度同步的12路二倍频、4路三倍频时标信号,为神光-III激光装置物理实验提供了重要的时间基准.产生的VISAR光源脉冲在经过光纤系统和Nd:YAG棒状放大器后,通过温控LBO晶体倍频,然后经1 mm芯径的多模传能光纤传输至成像型VISAR系统,为物理实验提供了单纵模、高亮度、可精密整形的脉冲激光.系统已用于VISAR诊断物理实验,获得了完整的冲击加载、减速的图像,从而为冲击波调速及相关高压物理实验提供了可靠的技术手段.     

影响连续相位板聚焦性能的主要因素

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。     

Factors affecting focusing performance of continnous phase plate concentration

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.     

Measurement of transient near-infrared laser pulse wavefront with high precision by radial shearing interferometer

It is hard to measure the transient near-infrared pulse laser wavefront in inertial confinement fusion (ICF) system by conventional methods for its short pulse width, large energy, high power and large distortion. A circular radial shearing interferometer based on spatial phase modulation is proposed to measure the transient near-infrared laser pulse wavefront with high precision. Transient, highly precise measurement for near-infrared laser pulse wavefront, with pulse width of nanometer scale and central wavelength of 1064 nm, can be carried out with common path, no reference plane. The theory of wavefront reconstruction has been validated by the computer simulation, and an error less than 1/1000λ is obtained. Comparing with the results of ZYGO interferometer, an error less than 1/15λ for both peak valley and root mean square value, is gained with good repeatability. The system has already been used in the ICF system to test the pulsed laser wavefront, and can also be applied to other lasers of visible and infrared wavelengths.     

大口径干涉仪系统传递函数校准

 波前功率谱密度(PSD)被用于评价ICF激光驱动器光学元件在中频区域的波前误差。目前主要采用大口径相移干涉仪检测ICF光学元件的波前畸变,通过付立叶变换获得波前的PSD分布。相移干涉仪在较高空间频率分量的测量上存在失真效应,因此需对干涉仪的空间频率传递函数进行校准。本文采用位相比较法测量大口径相移干涉仪的系统传递函数。我们采用衍射光学元件的制造工艺,设计、制作了标准的透射和反射位相元件,比较理论计算值与实测PSD值,分别获得了大口径相移干涉仪透射、反射测量模式的系统传递函数。     

微型光学元件的透过波面畸变的数字化检测

介绍了由浙江大学研制的CQG II型车间数字干涉仪检测 φ3 6mm× 0 5mm平行平面玻璃的透过波面畸变的情况。最近研制出的干涉仪测量的最大口径为 φ60mm ,采用移相式条纹扫描数字化处理 ,基于WINDOWS操作系统实现实时检测 ,以优于λ/ 30的精度计算出被检件的波面误差。工厂生产检测表明 :在上述仪器上增加一个 4倍口径的放大系统 ,可以使通光口径 φ3 1mm的工件达到 42 0 0个采样点 ,仪器的透射测量标准干涉腔误差PV≤ 0 0 2 8λ ,仪器隔日多次测量重复性PV≤ 0 0 3λ。该仪器已经正常投入使用 ,生产的用于光学信息产品的微型光学件已为日本先锋公司 (PIONEER)复检通过 ,成为工厂批量生产过程质量控制 (QC)的重要手段。     

Infrared holography with 4-Z emulsion

Experimental Kodak 4-Z emulsion hypersensitized to infrared radiation has been successfully used for low spatial frequency off-axis holographic recording of a Nd-glass pulsed laser wavefront. The holographic recording system used was a modified Mach-Zehnder interferometer.     

波前功率谱密度函数评价方法探讨

 波前功率谱密度PSD（Power Spectral Density）能定量给出波前畸变的空间频率分布、限定波纹度和粗糙度指标，全面反映ICF驱动器对高功率激光光学元件加工质量的特殊要求。给出了波前功率谱密度PSD的定义及计算方法，并使用大口径相移干涉仪作为波前检测仪器，对光学磷酸盐钕玻璃透射波前进行了测试实验，获得波前一维PSD分布，证实功率谱密度为高功率激光光学元件波前参数的一种有效表征方式。同时，还对PSD与均方根RMS之间的关系进行了初步的讨论。     

1.06 μm相干激光雷达动目标多普勒信号探测

介绍了一套1.06 μm脉冲式相干激光雷达测速演示系统.采用单块非平面环形激光器作为种子,注入到单纵模运转的Q开关高重复频率Nd∶YAG激光器为发射源,实现稳定的单频输出.通过外差式相干探测的方法,利用转速0~60 Hz可调、直径为10 cm的转盘为运动目标,回波信号被带宽为3.5 GHz的高速光电探测器响应后,经采样率为2.5 GS/s的A/D采样,输送到基于LabVIEW信号处理系统中,从而测量不同转速下的多普勒频移,各测速点的多普勒频移测量结果相对误差在3%以内.针对测量中存在的误差从激光器输出线宽和测速系统准确度两方面进行了误差分析,并提出了改进措施.演示系统的良好重复性证实了这种相干激光雷达系统的可行性.     

数字式激光平面干涉仪校准规范介绍

数字式激光平面干涉仪是用于测量光学元件面形和无焦光学系统波像差的光学仪器。为了统一数字式激光平面干涉仪测量量值，保证其测量结果的准确性和溯源性，编写数字式激光平面干涉仪校准规范。简要介绍了数字式激光平面干涉仪校准规范的构成，被校仪器的技术指标和校准方法等。     

光学材料光学均匀性检测方法分析

光学均匀性是光学材料的重要指标，直接影响到透射光学系统的波面质量，改变系统的波相差。惯性约束聚变（Inertial Confine Fusion，ICF）激光驱动器的研制要求对材料的光学均匀性进行高精度的检测，同时兼顾洁净度要求。实验中利用斐索干涉仪实现了大口径光学材料光学均匀性的检测，并与国外检测数据进行了对比，对检测过程中的影响因素主要包括样品的厚度测量偏差及折射系数偏差进行了分析。结果表明，样品的厚度测量偏差及折射系数偏差对结果的影响较小，可以忽略。同时用两种干涉仪专用软件对大量样品测量数据进行处理，对比了不同干涉仪光学均匀性的计算结果，表明这两种情况下对光学均匀性的处理结果相符，解决了大口径光学坯件光学均匀性的检测问题。