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。     

Generation and measurement of complex laser pulse shapes in the SG-Ⅲ laser facility

The generation and measurement of complex ultraviolet laser pulse shapes is demonstrated in the SG-III laser facility. Relatively high contrast ratio of 300∶1 required by the physics experiment is achieved and successfully measured. Two continuous main shots validate the reproduction and the stability of the pulse shape, which provide solid foundation for precise physics experiment and laser power balance.     

飞秒激光在晶体中传输的级联非线性过程

系统地回顾了有关级联过程导致的各种非线性效应的工作,指出了级联效应可导致不同光谱成分间出现能量转移现象,且二阶级联过程中产生的白光还能够提供种子光进而得到基于参量放大过程的宽带锥形辐射。在此基础上,进一步研究了入射的基频波长对于超连续白光能量转移效果及产生倍频效率的影响以及二阶级联过程引起的偏振调制现象,指出当入射波长越靠近相位匹配波长时倍频效率越高,发现二阶级联效应还可以引起显著的基频光偏振调制。     

基于现役装置的冲击点火可行性概念研究

以冲击点火物理特性的研究为基础, 分析冲击点火对高功率激光驱动器的物理需求, 然后从总体层面概括给出基于现役装置(神光III等间接驱动中心点火高功率激光装置) 研究冲击点火面临的关键技术问题. 研究表明, 基于现役装置的冲击点火主要面临两个层面的问题, 首先是非均匀光路排布下实现均匀辐照的工程层面问题, 其次是在现役装置上高效实现冲击点火激光脉冲的激光技术层面问题. 通过研究 分别对两个层面的问题提出相应的解决思路, 为后续研究奠定基础.     

二次相位采样问题的等效输入场算法

 分析了采样定理与二次相位采样问题的关系;基于菲涅耳衍射公式,推导了离焦位置光场的计算方法,避免聚焦计算中遇到的二次相位采样问题。提出了等效输入场算法思想,将聚焦过程中遇到的插入元件等效为对源场的调制,从而不需要计算插入位置的光场,解决在离焦位置有任意多个相位板的传输计算中的二次相位采样问题。将由等效输入场算法得到的输出光强与由基于菲涅耳积分公式的光场解析式计算得到的光强进行对比,在0~100 mm范围内的各离焦位置,两者相对误差小于10¹³,从而证实了等效输入场算法的正确性。     

神光-Ⅲ装置主放大系统构型及输出能力实验研究

 采用神光-Ⅲ原型装置“多路放大器级联”的方式,构建了神光-Ⅲ主机装置主放大器构型验证平台。在此平台上开展了小开关隔离能力、主放大系统静态透过率、主放大系统隔离比等性能测试,并且考核了大能量发射时的主放大系统基频光输出能力。结果表明：输出基频光的平均通量达到了神光-Ⅲ主机装置的设计水平,同时验证了神光-Ⅲ主机装置主放大系统构型设计的可行性。     

用角锥棱镜阵列抑制低频波前畸变

 分析了角锥棱镜阵列“准”位相共轭特性的原理；采用模拟计算的方法，验证了角锥棱镜阵列对低频波前畸变的抑制作用，并研究了其单元数的优化，指出了该方法的局限性和有效应用范围。研究结果表明，采用该方法能有效地提高畸变激光束的焦斑能量集中度，对于抑制双程同轴激光系统的大幅动态低频波前畸变具有现实的应用意义。     

XPW技术在提高超短激光脉冲对比度中的作用

有效提高激光脉冲对比度是推动超短超强激光技术发展的一个关键问题。交叉偏振波（XPW）滤波技术基于非线性晶体的三阶非线性特性,可显著提高超短激光脉冲对比度。结合国际上有关XPW滤波技术研究的最新进展,介绍了XPW滤波特性及实验研究结果。最新研究结果表明,采用这种技术可以将超短激光脉冲对比度提高4个量级。内部转换效率提高到50％。     

神光Ⅲ中退偏现象对系统隔离比的影响

通过离线实验指出了神光Ⅲ主机装置联机调试阶段中限制系统隔离比提高的主要因素来自于转角体结构中反射膜引入的退偏效应。从膜系理论出发建立了神光Ⅲ主机装置中的转角体结构的反射系数的计算模型,进而通过计算指出了退偏效应的主要来源是反射膜层厚度的偏差,然后通过数值计算与离线实验结果的对比确定了转角体结构中各个反射镜的反射系数。由此得到了转角体结构的总反射系数及其造成的神光Ⅲ主机装置系统隔离比的提升上限和进一步提升系统隔离比的思路。     

大口径反射镜低应力夹持技术

高功率固体激光装置对大口径反射镜附加波前畸变和姿态稳定提出了苛刻的要求,在确保姿态稳定性的同时,要求低应力夹持使附加波前畸变峰谷值（PV值）＜λ/3, 波长λ＝633 nm。提出了一种正面三点支撑结合侧面八点限位的大口径反射镜夹持技术,对该夹持结构下引起的附加波前畸变进行了仿真和实验研究,并对反射镜姿态稳定性进行了不同工况下的实验模拟。结果表明,该夹持方式引入的附加波前畸变PV值约为23.6 nm,振动、晃动、翻转不同工况下反射镜指向变化PV值小于50 μrad,附加波前畸变和姿态稳定性均满足高功率激光装置的要求。