高功率固体激光装置光学元件"缺陷"分布与光束近场质量的定量关系研究

基于光传输理论,获得了弱调制情况下光学元件"缺陷"分布功率谱密度 (power spectral density, PSD)与光束近场强度分布PSD之间的定量关系;通过数值模拟的方法,针对高功率固体激光装置的基本单元(线性介质、非线性介质以及空间滤波器)对获得的理论关系进行了具体的验证和讨论.研究结果表明,弱调制下,只存在振幅型或位相型"缺陷"分布时,光学元件"缺陷"分布PSD与光束近场强度分布PSD通过近场强度分布PSD的系统传输因子联系,传输因子与系统的构型和运行状态有关.研究结果为光学元件"缺陷"分布指标的获得提供了理论基础,对高功率固体激光装置负载能力的提升起到了一定的指导作用. 关键词： 缺陷分布 功率谱密度 光学元件 光束质量     

基于随机并行梯度下降算法的相干合成动态相差控制与带宽分析

分析随机并行梯度下降(SPGD)算法用于多路大型固体激光装置相干合成中校正动态相差的能力。首先介绍了SPGD算法实现相干合成的基本理论,利用数值模拟方法对算法进行了优化,实现了两路基于SPGD算法的波长为800nm、带宽为30fs光束的相干合成实验,验证了在外加10,15,20,25Hz动态相差条件下算法的特性,并进一步模拟了动态活塞相差和指向性相差的校正过程,分析了不同相位噪声强度和频率对校正能力的影响,计算了控制带宽与光束路数、算法执行速度之间的关系。结果表明:远场强度分布的平方和是高能短脉冲激光相干合成的最佳性能评价函数;采用自适应增益的方式时,在保证算法稳定性的前提下,提高了算法的收敛速度;随着相位噪声强度和频率的提高,算法的有效控制带宽减小;算法执行速度越快,光束路数越少,则算法控制带宽越大;受限于器件性能,SPGD算法不适用于4路以上带宽为30fs激光阵列的相干合成。     

ICF驱动器光束定位误差估计

 本文利用加权和法，将ICF物理实验对靶点的定位需求分配到各个组件对靶点的需求。运用等概率和不等概率方法，将组件对靶点的需求分配到各元件对靶点的需求。通过光学元件运动量与靶点光束定位之间的关系，确定各个元件定位误差估计值，并将其值作为光学元件定位误差变化范围，在此范围内进行上千条光线追迹法，根据正态分布区间估计法进行检验与修正，最后给出一组具有可行性的光学元件定位误差估计参考表。     

高功率固体激光近场强度功率谱密度特性分析

高功率固体激光驱动器的负载能力已经成为限制驱动器发展的瓶颈问题,负载能力研究的主要是激光束近场和光学元件的相互作用过程。采用功率谱密度(Power spectral density,PSD)方法分析了多程放大构型高功率固体激光驱动器实验输出近场强度的频谱在激光强度提升过程中的演变规律,分析了引起近场强度调制的主要因素。结果表明,高强度下,激光驱动器的输出近场存在明显的频谱特征,二维功率谱密度近似满足各向同性,近场调制主要源于小尺度自聚焦效应,PSD曲线显示获得增长的频率主要是各级空间滤波器截止频率所限定的频段。     

原型装置诊断靶场系统技术研究

原型装置诊断靶场系统的主要任务是用于考核和诊断激光束在焦面的远场特性是否满足物理实验的要求;研究、考核用于神光主机靶场系统的相关技术和单元组件,为神光主机靶场系统的概念设计提供设计依据。根据原型装置诊断靶场系统所承当的任务、物理实验的需求以及原型装置的总体技术要求,我们围绕着相关技术在理论分析、数值模拟计算和实验研究方面开展了大量的研究,其研究内容涉及到高强度紫外激光传输、高强度三次谐波转换特性、强激光聚焦特性、衍射光学技术等,所包括的技术有高强度高效率三倍频技术、强激光聚焦焦斑控制技术、束—靶耦合…     

大型固体激光器光束定位稳定性分析

 根据ICF驱动器系统工程的要求,建立光学元件运动量与靶点光束定位之间关系,对稳定性进行初估。运用B类评定方法、光线追迹方法和有限元数值模拟方法进行检验和校正,使其更具有可行性。并从结构随机振动理论出发,将结构用单自由度线性系统的平稳随机振动模拟,实现稳定性值激励源的重分。     

黑腔端置靶辐照不均匀性分析

提供一种解析方法来研究激光加热黑腔所产生的平面辐射场的不均匀度与平面靶大小和位置的关系,解析结果与数值模拟结果进行了比较,两者的曲线形状基本一致,辐照不均匀度最小值的位置也是一致的。并用此方法给出了能产生有最小辐照不均匀度的平面辐射场的腔靶尺寸的范围。     

产生旁瓣的激光波前功率谱密度与焦斑性能分析

讨论了在放置与不放置焦斑形态控制器件 KPP的两种情况下 ,采用功率谱密度模拟分析有旁瓣焦斑的激光束波前分布的特点 ,并由此探讨高功率激光驱动器在无旁瓣的聚焦情形下 ,对入射到打靶透镜的激光束波前畸变量的控制要求。     

大型固体激光器光束定位稳定性分析

根据 ICF驱动器系统工程的要求 ,建立光学元件运动量与靶点光束定位之间关系 ,对稳定性进行初估。运用 B类评定方法、光线追迹方法和有限元数值模拟方法进行检验和校正 ,使其更具有可行性。并从结构随机振动理论出发 ,将结构用单自由度线性系统的平稳随机振动模拟 ,实现稳定性值激励源的重分。     

用灰阶编码掩模实现邻近效应精细校正的研究

提出了用灰阶编码的二元掩模代替灰阶掩模实现邻近效应精细校正的新方法,并阐述了新方法的特点,讨论了灰阶编码掩模与灰阶掩模的等效关系,给出了灰阶编码掩模实现光学邻近效应校正的模拟结果,校正后的综合面积偏差比较正前减少了１０％。