原型装置单路模拟运行演示系统设计和开发

美国LLNL用激光性能运行模型（LPOM）系统来运行NIF的首四路激光：（1）用LPOM提供NIF的实时预测功能；（2）用LPOM确定NIF所有激光发射的系统参数设置：（3）用LPOM使拟议中的激光发射对系统发射对系统产生破坏的可能性减到最小。LPOM已成为NIF首四路激光模块调试的关键工具。目前我国原型装置的运行也需要一套模拟运行演示系统。     

四程放大激光系统输出能量稳定性研究

 根据原型装置主放大系统组合式四程放大结构的特点，计算分析了放大过程中注入能量、放大增益及损耗的微小起伏对系统输出能量稳定性的影响。根据原型装置集成实验结果，分析了目前原型装置单路输出能量稳定性水平。研究结果表明：注入能量越大，其变化对输出能量影响越小；小信号增益系数对输出能量的影响明显大于注入能量；系统输出能量稳定性对腔内光学元件的透过率变化要求高于腔外光学元件。在3 ns基频光输出达标点处要使输出能量不稳定性控制在5%以内，注入能量起伏要低于10%，腔内放大片小信号增益系数起伏要低于1%，腔内光学系统损耗起伏要低于2%。     

凸函数的支撑凸集及其集映射

本文研究了线性空间中凸函数的支撑泛函存在性以及支撑泛函的数值域,利用子空间中支撑泛函延拓的方法,构造出在线性空间任意点的支撑泛函,确定在同一支撑点上支撑泛函的数值域,从而得到支撑泛函具有唯一性的充分必要条件,最后对支撑凸集到支撑泛函集的集映射进行讨论.     

利用分形法表征光学元件中高频相位畸变

针对神光Ⅲ主机装置使用的光学元件,基于分形理论,分析中高频相位畸变的统计分布特征,指出其满足分数布朗随机场,并利用结构函数法对分形维数进行计算,统计结果显示,大口径钕玻璃片的分形维数在2.34~2.43之间。利用局部稳态的随机中点位移法,提出一种新的表征光学元件相位的方法,将分形维数作为参数,可衡量中高频相位畸变,对高功率激光光学元件的评价有参考意义。     

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     

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。     

激光脉冲前后沿相干叠加对多程放大的影响

针对多程放大过程中激光脉冲经腔镜折返前后沿交叠的问题,建立了激光脉冲在增益介质中前后沿相干叠加放大的物理模型.理论分析表明,脉冲前后沿完全相干叠加形成驻波场,使得反转粒子数出现烧孔效应,影响输出脉冲的增益和波形.基于此物理模型,模拟计算了脉冲在多程放大过程中波形的演化,比较了不交叠、完全非相干叠加和完全相干叠加三种情况下对放大器的增益和对脉冲波形的影响.为高功率固体激光器的设计提供指导.     

高功率激光装置的线性传输特性

在菲涅耳数的基础上重新定义了衍射特征量,并将其定义扩展至聚焦或发散光路,定义了一个光学系统中各光学元件衍射特征量的符号。通过全新的定义和扩展,研究了波前畸变对近场调制度的影响以及正弦调频光谱色散平滑光束衍射传输引入的幅频调制的大小。以神光-Ⅲ主机主放大级为例,研究了元件波前畸变对近场调制度的影响以及正弦调频光谱色散平滑光束衍射传输引入的幅频调制的大小。衍射特征量与能流分布F相结合,可以作为评价高功率激光装置线性传输效应的一项受限指标,指导高功率激光装置的设计。     

高功率固体激光性能仿真模型

为实现高功率固体激光装置的能量平衡和功率平衡,开发了激光性能仿真模型为神光-Ⅲ原型装置的运行提供实时预测。模型能够确定系统参数设置(注入能量、注入脉冲波形和参数诊断衰减设置等)。注入能量的预测采用基于以往实验数据的放大曲线拟合方法。平顶脉冲的注入波形预测采用循环迭代算法,整形脉冲波形的预测采用增益-通量曲线法。参数诊断衰减设置是通过基于SG99光传输放大模型的全光路模拟计算实现。对原型装置的仿真表明,能量预测偏差在5%以内; 基频光束间能量分散度可控制在10%以内。模型已成为神光-Ⅲ原型装置运行仿真的有效工具。     

用于谐波分离的三角形槽亚波长光栅设计

根据亚波长光栅的导模共振异常特性,提出三角形槽亚波长光栅实现惯性约束聚变驱动器谐波分离的技术方案.定义了用于描述谐波分离性能优劣的谐波分离品质函数,对影响三角形槽亚波长光栅的谐波分离品质函数的光栅参量进行了详细的分析,基于矢量衍射理论设计了能够实现谐波分离的三角形槽亚波长光栅,确定了用于谐波分离的三角形槽亚波长光栅的设计思路和方法.