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。     

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。     

基于焦斑空间频率全域优化的偏振匀滑设计

偏振匀滑是利用光束偏振特性降低焦斑对比度的一种技术,它最大可降低焦斑对比度为原来的1/√2. 焦斑的频谱分析显示,传统楔形晶体的偏振匀滑对焦斑对比度的改善只集中在某些特定的空间频率,本文因此提出了一种可全域降低焦斑空间频率的偏振匀滑方法,它采用单轴晶体对入射光的角度不同而产生的相移不同的方法,实现激光两种正交偏振态在靶点的分离. 理论分析和数值模拟表明,新方法可以实现焦斑空间频率中高频段的全频域降低,焦斑对比度也可同时达到1/√2的最大程度的改善. 分析了连续相位板作为新方法引入激光入射角分布不同的条件,确定了刻蚀连续相位板面形的晶体同时实现焦斑整形和偏振匀滑的边界条件. 关键词： 偏振匀滑 焦斑功率谱 响应函数 焦斑整形     

高功率全光纤啁啾脉冲放大激光系统

采用基于非线性偏振旋转原理的光纤被动锁模激光器作为主振荡器。输出信号脉冲的重复频率为30MHz,脉冲半高全宽为265fs。信号脉冲通过全光纤啁啾脉冲激光放大系统展宽至100ps后,经过1级芯径10μm的光纤预放大器和1级芯径50μm的光纤功率放大器将脉冲平均功率放大至10W,斜率效率41.5%。输出脉冲经光栅压缩器将脉宽压缩至594fs。     

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%。     

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。     

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％。     

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。