基于波导相位调制器的光谱色散平滑技术实验研究

利用波导相位调制器产生的正弦调频脉冲进行了光谱色散平滑技术实验研究.结果表明该铌酸锂波导相位调制器可以容易地将DFB振荡器产生的单纵模信号展宽到0.1—1.5 nm,远场分析表明焦斑扫动规律与理论计算一致,近场分析表明SSD对近场百微米尺度的调制有显著改善.本研究为高功率激光装置束匀滑方案的优化提供了参考.关键词：远场近场光谱色散平滑惯性约束聚变     

光谱色散后的相位调制光束衍射特性研究

用数值方法研究了激光驱动器系统中使用光谱色散平滑单元后光束的衍射特性.模拟结果表明,光谱色散会使光束衍射光斑变大,近场空间强度均匀性改善,而远场光斑内部存在光强接近于均匀分布的区域.进一步分析了光谱色散平滑单元中相位调制器的调制深度、调制频率及光栅色散系数等主要元件参数对光束传输特性的影响,发现在一定情况下光斑内部会出现较强的强度调制.关键词：光谱色散平滑光束衍射近场远场     

周期性啁啾脉冲色散衍射实现近场强度匀滑

 对惯性约束聚变（ICF）激光驱动器中的周期性啁啾脉冲光谱色散后的自由空间衍射传输和近场强度匀滑特性进行了理论分析和数值模拟,并计算了色循环数对两者的影响。计算结果表明：远场光斑随色循环数增加而变大,强度调制加剧;近场强度匀滑效果随色循环数和传输距离增加而增强,但空间形状变化加剧。通过匀滑效果对比发现,基于周期性啁啾脉冲的光谱色散平滑系统的近场强度匀滑效果优于传统的正弦调频光束。     

用于光谱色散平滑技术的双通调制器实验研究

在惯性约束聚变中,辐照的均匀性直接影响到内爆实验的效果,通常结合各种空间、时间平滑技术提高光束的均匀性。光谱色散平滑技术正是一种常用的时间平滑技术,其核心是频谱展宽技术。为提高频谱展宽的效果,将单通的腔式调制器设计成双通调制器,以满足光谱色散平滑技术中频谱展宽的要求。理论上计算了双通调制器情况下的速度匹配条件,得到了一个清晰的表达式,同时在实验上验证了理论分析的正确性,以此验证了双通调制器的可行性。最后基于以上方案,进一步提出了改进成多通调制器的构想。     

考虑钕玻璃放大器增益特性的光谱色散匀滑系统性能研究

采用数值方法研究了钕玻璃放大器的增益特性对高功率激光系统中光谱色散匀滑单元性能的影响.分析结果表明,入射光中心波长与放大器增益曲线中心波长不一致时,焦斑强度分布会受到一定的影响,且该影响随放大倍数增大趋于明显,而两个波长一致时,强度分布变化较小.靶面焦斑整体的辐照均匀性则主要取决于经过相位调制后的激光束的带宽,放大器的增益特性对其空间功率谱及均匀性无明显的影响.所得结论为光谱色散匀滑单元在激光系统中的实际应用提供了重要的理论参考.     

采用啁啾脉冲堆积的时间束平滑技术

成丝不稳定性是间接驱动靶丸均匀压缩面临的重要问题,10μm到100μm的靶面光强起伏对其影响尤为严重,须采用合理的束平滑措施加以抑制。提出用光纤系统对啁啾脉冲堆积,然后对组合脉冲做光谱角色散,利用焦斑不同时刻对应频谱成分不同形成的束平滑机制,抑制焦斑内的高频起伏。利用傅里叶变换方法推导出了光栅色散后的组合脉冲表达式。模拟结果表明,焦斑尺寸随色循环数和光栅色散方向上基准脉冲带宽的增加而增大。通过计算包含焦斑能量95%范围内的通量衬比度随时间变化的曲线,得出一个色循环、基准脉冲带宽0.3~0.5 nm下可以获得最佳的焦斑平滑效果。这种新型的时间束平滑方法结构简单且焦斑特性可调,这些优点使得它在提高靶面辐照均匀性方面具有重要的应用价值。     

采用光谱色散平滑和连续相位板实现靶面均匀辐照的实验研究

为了改善高功率激光装置的靶面辐照均匀性, 在神光-Ⅲ原型装置的一路光上开展了结合光谱色散平滑(SSD) 和连续相位板(CPP)的高通量实验研究．实验基于调制频率9.2 GHz的体相位调制器开展, 输出的相位调制脉冲光谱展宽稳定, 脉冲波形顶部剩余调制很小. 结果表明SSD色循环数为1时预放和主放各级空间滤波器过孔顺利, 包含焦斑95%能量的通量对比度由窄带时的1.71下降到加SSD和CPP时的0.47．三倍频光脉宽1 ns, 能量1115 J时, CPP和终端光学组件元件未见损伤．通过实验解决了在高功率激光装置上采用SSD和CPP进行靶面均匀辐照的若干关键技术, 为将其应用于物理实验奠定了坚实基础.     

用于快点火研究的超短脉冲的相干合成

 利用傅里叶光学方法,建立了一个基于远场的多束超短脉冲相干合成的理论模型。研究了一个口径为50 cm,脉宽为1 ps的超短脉冲相干合成系统的各种误差对脉冲远场时域和空域特性的影响。结果表明：若要求远场的一倍衍射极限区域的积分能量分布达到理想情况下的90％,该系统的相位延迟误差小于0.63,沿x方向角度误差小于0.37 μrad,沿y方向角度误差小于0.34 μrad;若要求远场叠加脉冲的时域展宽小于25％,系统的剩余啁啾因子应小于1.32(不考虑相位延迟)或1.52(考虑0.63的相位延迟)。     

利用消衍射透镜列阵及光谱色散平滑实现焦斑均匀辐照

提出将空间域的透镜列阵法和时间域的光谱色散平滑法结合起来实现靶面的均匀辐照. 消衍射型透镜列阵能获得边缘陡峭且顶部较平坦的准近场焦斑,光谱色散平滑则能有效地抹平焦斑内部由多光束干涉引起的细密条纹. 数值结果显示,通过该方案能获得均匀性较好的焦斑. 进一步分析了光谱色散平滑单元中位相调制和光栅的参数对辐照均匀性的影响,发现参数的选取要在焦斑均匀性和能量利用率之间取得合理平衡,以在整体上获得最佳的均匀辐照效果. 关键词：光谱色散平滑透镜列阵衍射多光束干涉     

汞光谱色散曲线实验研究

在现有理论基础上,利用汞光谱色散实验测出汞光谱8条谱线对棱镜的折射率后,通过多项式拟合得到了波长和折射率的经验关系,即色散特性函数,并由此得到了汞光谱的角色散率.本文有助于人们更深入认识色散现象.     

利用运动光束抑制高功率激光小尺度自聚焦

提出了近场“运动光束”的概念.指出光谱色散匀滑装置可以在近场产生运动光束,理论分析了运动光束的产生机理、条件、运动特性以及对小尺度自聚焦的抑制作用.通过数值模拟,得到计算结果与理论分析一致.关键词：运动光束光谱色散匀滑小尺度自聚焦惯性约束聚变     

Research on target uniform irradiation method using linearly modulated light and special grating dispersion

In indirect-drive laser fusion research, filamentation instability (FI) severely influences laser injection efficiency and beam pointing accuracy in hohlraum. Experiments indicate that high frequency modulations on the far field of the laser driver are responsible for the filamentation. To solve this problem, a new smoothing technique is proposed using linear modulation and special grating dispersion. The linear modulation was realized by stacking a series of 100 ps chirped pulses in fiber delay lines. The temporal smoothing characteristics of the focal spot adopting star and circular grating dispersion were studied. Simulation results indicate that both kinds of grating investigated restrained the high frequency modulations. The star grating has a better smoothing effect when compared to circular grating. The insertion of the star grating could realize “color” variation across the beam in the azimuthal direction and make the far-field pattern rotate with time. Therefore, the time-integrated focal spot would be smoothed in a more comprehensive way. This smoothing method bears the advantage of simple configuration, two-dimensional angular spectral dispersion and not enlarging the far field too much.     

Research on beam smoothing characteristics using linearly modulated light

Precise physical experiments place strict requirements on target illumination uniformity. A new smoothing technology aimed at indirect-drive laser fusion is studied, which uses linearly modulated light and angular spectral dispersion (ASD). Simulation indicates that the best smoothing effect could be obtained when number of color cycles (N_c) is chosen to be 0.5 at 1.2 nm bandwidth. A table-top setup aimed at the experimental study of the beam smoothing method has been established. When the linearly modulated light generated by pulse stacking is dispersed by a grating with N_c=2.6, periodical undulations are found on the far-field focal spot, which agrees with the simulation results. To improve illumination uniformity, the N_c adopted should be decreased to 0.5. Simulation also indicates that the combination of linearly modulated light, angular spectral dispersion and a continuous phase plate could considerably improve the irradiation nonuniformity.     

多频多色光谱角色散束匀滑新方案

典型的光谱角色散技术中,由于光束带宽受限于高效三倍频,因而无法通过增大带宽来进一步改善焦斑均匀性.结合对四色打靶方案和多级相位调制技术的综合分析,提出了多频、多色光谱角色散束匀滑新方案.该方案能在保持高效三倍频基础上,获得带宽有所加宽,光谱包络近似连续的光源,且在远场匀滑上具有更为独特的优势.结果表明,采用束匀滑新方案后,虽然焦斑会有所增大,但其均匀性却得到明显改善;与典型的束匀滑方案相比,该方案能更为有效地抑制热斑,且达到最佳匀滑效果所需的时间有所减短.此外,通过对阵列光栅中子光栅刻线方向的自由组合可以实现多维光谱角色散的效果.     

Investigation of stimulated rotational Raman scattering of the high-power broadband laser with applied angular dispersion

Smoothing by spectral dispersion （SSD） leads to considerable improvement on laser-irradiation uniformity in far field for fusion lasers. Phase modulation in time and spectral angular dispersion （SAD） across the beam introduced by SSD will affect the stimulated rotational Raman scattering （SRRS） gain in the near field. This paper focuses on the influence of SAD on SRRS gain under different laser conditions. Results show that the SAD will aggravate the generation of SRRS when the laser initial additional phase is constant. On the contrary, the SAD can reduce the SRRS gain if appropriate SSD parameters are adopted when the laser initial additional phase is variable. SSD has a certain application prospect in SRRS suppression.     

浅谈惯性约束核聚变

以煤、石油、天然气为代表的化石能源终将枯竭,基于核裂变反应的核裂变能源也由于安全性和核废料的处理等问题而不尽如人意。     

光谱色散匀滑技术对衍射光学器件束匀滑性能的影响

模拟分析了光谱色散匀滑技术对衍射光学器件束匀滑性能的影响。光谱色散匀滑技术的使用提高了衍射光学器件的抗波前畸变能力,降低了对加工精度的高要求。光谱色散匀滑技术与衍射光学器件的联用有望满足惯性约束聚变对束匀滑性能的高要求。     

惯性约束聚变装置中靶面光场特性的统计表征方法

在激光驱动的惯性约束聚变装置中,常采用多种束匀滑手段对焦斑的时空特性进行调控.光传输链路中涉及的光学元件众多、传输变换复杂,往往导致光传输模型复杂,且在运用衍射光学方法分析焦斑形态和特征时面临大量的数据处理和计算,致使出现计算量大、计算效率低等问题,亟需寻求快速而简便的新方法来描述焦斑的统计特征.本文利用光场特性的统计表征方法对靶面光场进行表征,采用圆型复数高斯随机变量直接描述靶面光场的统计特征,并基于典型焦斑评价参数对衍射光学方法和统计表征方法得到的远场焦斑进行了对比和分析.结果表明,采用衍射光学方法和统计表征方法获得的焦斑的瞬时特征基本一致,其时间积分的远场焦斑有所不同,但仍可进一步采用相关系数来表征其远场焦斑的时间变化特征.