高功率激光驱动器中的若干关键工程光学问题

高功率激光装置是一个复杂的有源巨型光学工程,其性能指标要求逼近科学技术与物理极限。驱动器研制有物理设计、工程光学和结构工程设计三大过程,工程光学在其中起着重要作用。高功率激光装置工程光学设计需遵循其特有的设计原则和要点,以保证装置的高性能。根据驱动器设计指标和设计特点,从总体光学设计、光束质量控制以及光束打靶精度控制方面,综述了高功率激光装置工程光学设计中的关键科学技术问题以及相应解决方法,为未来高功率激光驱动器的发展提供必要的工程设计参考。     

波长编码的单次高时空分辨全光学探针

激光探针法是捕捉超快动力学过程的主要方法之一,在等离子体物理、光化学、生物医学等领域都有着广泛的应用.本文提出一种时间波长编码的探针光产生方案,该方案通过级联不同相位匹配角的倍频晶体和独立的延迟线来实现时间波长编码,具有单次高时空分辨率、高帧率、时间窗口可调范围广、时间分辨率和时间窗口参数独立可调的优点.在实验中搭建了一套探针光产生装置,具有247 fs的时间分辨率、4 μm的空间分辨率、4.05 THz的最高帧率、时间窗口从亚皮秒到3 ns可调,将该装置用于捕捉飞秒激光诱导的光丝的动力学过程,证明该探针光产生方案用于捕捉超快动力学过程的可行性.在讨论中,分析了探针光关键参数能达到的极限帧率为35.7 THz,极限时间分辨率为28 fs,时间窗口的范围可以从百飞秒到几十个纳秒进行调节.探针光的高时空分辨率和参数互相独立可调的优点,为多时间尺度的超快动力学过程的单次高时空分辨捕捉提供了一种可行方案.     

基于三阶色散的拍瓦激光信噪比主动调控技术

拍瓦激光系统中剩余的高阶色散导致了脉冲波形的振荡,影响了拍瓦激光的信噪比。为了进一步优化拍瓦激光的信噪比特性,满足激光加速电子、质子等粒子的效率提升需求,本文提出了一种基于双折射晶体的新型超短脉冲的三阶色散主动调控方法,用于信噪比的主动调控。通过数值分析模拟了双折射晶体引入的二阶色散、三阶色散,针对中心波长为1053 nm的拍瓦激光系统,选择适当的晶体厚度,可以通过调节双折射晶体的面内旋转角改变系统剩余三阶色散。同时,基于神光Ⅱ第九路拍瓦激光系统光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）预压缩的信噪比测量值,对比了不同量级剩余三阶色散对脉冲信噪比的影响,得出通过改变拍瓦激光系统中剩余三阶色散量,可实现不同量级信噪比的主动调控的结论。该研究结果对于高能激光系统剩余三阶色散的补偿以及信噪比的优化具有重要意义。     

大口径超短脉冲聚焦系统波前误差对时间信噪比的影响

理解大口径光学系统离轴抛物面镜聚焦后超短脉冲时间信噪比(SNR)在焦斑处空间分布的特性有助于更准确地认识超快激光物理实验中的脉冲时空特性。利用空间上菲涅耳近似下的分两步聚焦的坐标变换快速傅里叶变换(FFT)算法,结合时间域的傅里叶积分变换方法,引入了光学系统波前误差,对聚焦过程进行时空仿真。解释了大口径光学系统波前误差造成时间信噪比退化的原因,计算分析随机波前误差参数(误差大小、空间尺度)对聚焦时间信噪比的影响,并针对不同频段的光学系统波前误差控制提出要求。明确大口径光学系统中随机波前误差与时间信噪比之间的关系,为大口径超短脉冲系统的设计指标分配与波前误差控制提供了理论基础。