高精度干涉仪针孔空间滤波器研制

应用于高重复频率、高功率193 nm准分子激光器会聚光路中的针孔空间滤波器,除了需要考虑它的材料加工难易、厚度、针孔尺寸等因素外,还需考虑材料抗激光损伤特性。本文利用激光损伤理论中一维热流模型对无限厚和有限厚不同金属样品在高峰值功率193 nm 准分子激光器照射下的损伤阈值进行了分析。结果表明：铝材料在厚度为1.2μm处比其它金属的损伤阈值高,可达1.16×1010 W/cm2,且材料易于加工。利用聚焦离子束技术加工了航空铝材料样品,得到了厚度为1.2和1.5μm的针孔空间滤波器样品。扫描电镜观察其具有较好圆度和内壁粗糙度,基本满足剪切干涉仪对针孔空间滤波器的需求。     

阵列化空间滤波器关键结构技术

针对大型空间滤波器从功能和技术上的不断发展，在大口径、阵列化光束超长程传输，光路控制，结构支撑稳定性，以及所有耦合镜的匹配特性和调节精度、镜座的稳定性、离轴调节、大型机械加工精度以及高真空的获得等关键技术问题，都必须通过深入的理论分析和实验验证，为阵列化空间滤波器的定型设计提供可靠的理论、实验依据。     

拉曼链系统用空间滤波器设计的实验研究

进行了惯性约束聚变（ＩＣＦ）准分子激光拉曼链工程的基础研究工作。为给出拉曼链中所用空间滤波器的设计要求和可靠性,进行了详细的设计实验判断性研究。给出研究过程和结果,并对设计结论和优化方法进行了基础分析。还据实验结果讨论了适用于高功率激光系统的空间滤波器的设计中面临的焦距和滤波小孔孔径选择的不确定性、滤长和光束功率密度对选择小孔的影响等问题。     

用空间滤波器改善光管式光学均匀器的性能

本文报道了一种用空间滤波改善光管式光学均匀性的技术，该技术使用空间滤波器滤除入射光束中光场突变部分，提高了光管式学均匀器的均匀性能。     

高斯光束在受限空间滤波器中传输的快速分析

根据矩形函数可以展开为有限复高斯函数之和的方法,从柯林斯衍射积分公式出发,对高斯光束通过受限空间滤波器传输特性进行分析,得到了相应的近似解析式。利用Matlab对其解析式进行数值模拟,得出一组直观的结果。通过比较这些结果可以看出透镜的有限尺寸对光束传输的影响,以及空间滤波器的滤波小孔在传输中具有明显作用。     

啁啾脉冲放大系统中空间滤波器小孔尺寸的设计

为了获得啁啾脉冲放大系统(CPA)中空间滤波器的小孔尺寸,可以利用傅里叶光学的方法和激光模式理论,通过数学上的合理近似和对能量频谱函数的数值积分,计算激光束中基横模和主要低阶横模的径向空间频谱与空间截止频率,并讨论以基横模的空间截止频率作为空间滤波器的截止频率的可行性,从而确定小孔光阑孔径的大小并得出一个具有普遍意义的结论,即小孔直径约取6.93倍衍射极限长度时,空间滤波器能够较好地滤去TEM00模以外其他横模的大部分高频能量成分,从而提高光束质量,此结果在实验上得到很好的验证。此外,以M2因子为基础,可以得到一个用以辅助描述空间滤波器滤波性能的光束质量改善因子B。     

空间滤波器小孔对谱色散匀滑使用效果的影响

利用柯林斯(Collins)传输公式和将硬边光阑展开为有限个复高斯函数之和的方法,分析了在静态高功率激光器系统中选取不同尺寸的空间滤波器小孔对谱色散匀滑(SSD)效果的影响,并且通过K.R.Manes等提出的统计光学模型,给出了存在相位畸变和振幅调制时小孔选取的模拟计算方法。数值模拟表明,在神光Ⅱ第9路多功能激光器系统中,目前使用的空间滤波器小孔会使部分色散光束的光谱成分被阻断,使得焦斑通量对比度从无孔时的22%增大到36%,影响光SSD效果;分析给出了满足光SSD使用的空间滤波器的小孔尺寸。     

高功率激光系统空间滤波小孔等离子体特性

为解决高功率固体激光系统空间滤波小孔堵孔问题,针对空间滤波小孔中的等离子体溅射现象,对等离子体扩散１维分布模型进行了分析。分别对铝、金和碳等3种典型材料１维分布情况及扩散速度进行了数值模拟,得到等离子体扩散速度大约为107 cm/s。根据模拟计算结果,分析了神光Ⅲ原型装置助推放大级的堵孔风险,结果表明,在长脉冲情况下等离子体溅射造成的影响不可忽略。     

强激光束在柱面镜空间滤波器中的传输特性

为了解决空间滤波器滤波针孔堵孔问题,提出了一种新型柱面镜空间滤波器,新型柱面镜空间滤波器由柱面镜和狭缝构成。利用线性传输理论,对高功率激光束在新型柱面镜空间滤波器中的传输特性进行了数值模拟。结果表明：新型柱面镜空间滤波器的焦斑面积比传统滤波器大,而焦斑功率密度较小;新型柱面镜空间滤波器的滤波效果与传统滤波器相同,近场均匀性也相同。因此新型柱面镜空间滤波器能够抑制空间滤波器堵孔效应,可以缩短空间滤波器系统透镜焦距,从而提高功率装置的整体性价比。由此,采用新型柱面镜空间滤波器替换传统球面镜空间滤波器具有可行性。     

高功率固体激光器锥形空间滤波孔应用

锥形空间滤波孔是一种应用于高功率固体激光装置空间滤波的新型结构滤波小孔,其内部光滑的锥形结构可以有效滤除光束中的高频成分且避免等离子堵孔现象的发生。根据神光-Ⅲ主机装置结构特点,设计并加工了适用于主机装置的锥形空间滤波小孔,并开展了应用实验研究。通过与传统的平面结构滤波小孔对比可以看出,锥形小孔有效地避免了等离子体度堵孔现象,在与光束波前补偿技术配合使用条件下,保证光束顺利过孔,并成功实现了基频光7988 J的满能量输出。     

高功率固体激光器锥形空间滤波孔应用

锥形空间滤波孔是一种应用于高功率固体激光装置空间滤波的新型结构滤波小孔,其内部光滑的锥形结构可以有效滤除光束中的高频成分且避免等离子堵孔现象的发生。根据神光-Ⅲ主机装置结构特点,设计并加工了适用于主机装置的锥形空间滤波小孔,并开展了应用实验研究。通过与传统的平面结构滤波小孔对比可以看出,锥形小孔有效地避免了等离子体度堵孔现象,在与光束波前补偿技术配合使用条件下,保证光束顺利过孔,并成功实现了基频光7988 J的满能量输出。     

光学成像法和穿孔法测量飞秒激光焦斑特征

超短超强激光焦斑参数的精确测量是深入开展精密物理实验的前提。在SILEX-Ⅰ激光装置上,采用光学成像法和穿孔法测量了μJ级能量下的激光焦斑特性,采用光学成像方法得到了激光主瓣大小及能量集中度信息,通过穿孔法得到了激光能量透过率与不同大小孔径的关系曲线,并对两种方法得到的测量结果进行了比对研究。研究结果表明,光学焦斑测量法和穿孔法都可以比较准确地反映激光焦斑的能量分布情况,得到的能量分布偏差小于10%。     

Evolution of low-frequency noise passing through a spatial filter in a high power laser system

The theoretical model of spatial noise passing through a spatial filter is established in high power laser system under the small signal approximation. The transmission characteristic for a noise signal passing through spatial filters with different magnifications is analyzed by numerical simulation, according to the actual structure of the high power laser system. The results show that the spatial modulation period of low-frequency noise getting through the pinhole will be proportional to the magnification...     

Modified pinhole spatial filter producing a clean flat-topped beam

The expanded beam from a laser has a sharply peaked intensity profile. As a result, in many applications where uniform illumination of an extended field is required, it is only possible to use the central part of the beam. We show that if the pinhole normally used to spatially filter the beam is replaced by an annular phase mask, it should be possible to obtain a clean beam providing very nearly uniform illumination over an extended area, with a minimal loss of light.     

矢量光束空间偏振编码的研究

矢量光束独特的空间偏振结构使之应用于空间偏振编码成为可能。提出了一种用一阶矢量光束的偏振分布进行极角空间编码的方法。通过矢量光束生成、光束偏振分布再调制实现了空间编码光束的生成,并采用斯托克斯参数法对空间编码光束进行检测。实验结果证实了一阶矢量光束应用于极角空间偏振编码的可行性,为基于空间偏振编码的激光驾束制导提供了新方法。     

紧聚焦的飞秒激光脉冲在真空中对电子的加速

研究了紧聚焦的圆偏振飞秒相对论高斯激光脉冲与电子的相互作用，提出了一种激光加速电子的新机制.利用束腰小、强度大的激光脉冲上升沿加速电子，束腰大、强度小的脉冲下降沿减速电子，当光脉冲和电子分离时，电子获得了能量增益.研究发现，初始静止的电子与强度高于10¹⁹Wμm^{2/cm2的光脉冲作用以后，可以获得MeV量级的能量.初始位于焦点附近的电子被加速的效果较好，而远离焦点的电子几乎不能获得能量增益. 关键词： 电子加速 能量增益 高斯脉冲 束腰}