高功率激光驱动器中的若干关键工程光学问题

高功率激光装置是一个复杂的有源巨型光学工程,其性能指标要求逼近科学技术与物理极限。驱动器研制有物理设计、工程光学和结构工程设计三大过程,工程光学在其中起着重要作用。高功率激光装置工程光学设计需遵循其特有的设计原则和要点,以保证装置的高性能。根据驱动器设计指标和设计特点,从总体光学设计、光束质量控制以及光束打靶精度控制方面,综述了高功率激光装置工程光学设计中的关键科学技术问题以及相应解决方法,为未来高功率激光驱动器的发展提供必要的工程设计参考。     

Exact Solutions of （2＋1）-Dimensional HNLS Equation

In this paper, we use the classical Lie group symmetry method to get the Lie point symmetries of the （2＋1）-dimensional hyperbolic nonlinear Schr6dinger （HNLS） equation and reduce the （2＋1）-dimensional HNLS equation to some （1 ＋ 1 ）-dimensional partial differential systems. Finally, many exact travelling solutions of the （2＋1）-dimensional HNLS equation are obtained by the classical Lie symmetry reduced method.     

啁啾脉冲的光谱整形

为了获得更高功率的输出激光脉冲,需要将注入到主放大链的种子脉冲进行光谱整形来补偿放大过程中的增益窄化效应.利用展宽器中啁啾脉冲的光谱具有空间排布的特点.采用石英晶体平凸透镜空间光强度调制器间接地实现窄带激光脉冲的光谱整形,在展宽器的输出端获得了光谱呈平顶分布的种子啁啾脉冲.通过调节偏振片的透偏方向,可方便地调谐输山脉冲光谱的形状.     

(2+1)-Dimensional Analytical Solutions of the Combining Cubic-Quintic Nonlinear Schrdinger Equation

We investigate analytical solutions of the(2+1)-dimensional combining cubic-quintic nonlinear Schrdinger(CQNLS) equation by the classical Lie group symmetry method.We not only obtain the Lie-point symmetries and some(1+1)-dimensional partial differential systems,but also derive bright solitons,dark solitons,kink or anti-kink solutions and the localized instanton solution.     

波长编码的单次高时空分辨全光学探针

激光探针法是捕捉超快动力学过程的主要方法之一,在等离子体物理、光化学、生物医学等领域都有着广泛的应用.本文提出一种时间波长编码的探针光产生方案,该方案通过级联不同相位匹配角的倍频晶体和独立的延迟线来实现时间波长编码,具有单次高时空分辨率、高帧率、时间窗口可调范围广、时间分辨率和时间窗口参数独立可调的优点.在实验中搭建了一套探针光产生装置,具有247 fs的时间分辨率、4 μm的空间分辨率、4.05 THz的最高帧率、时间窗口从亚皮秒到3 ns可调,将该装置用于捕捉飞秒激光诱导的光丝的动力学过程,证明该探针光产生方案用于捕捉超快动力学过程的可行性.在讨论中,分析了探针光关键参数能达到的极限帧率为35.7 THz,极限时间分辨率为28 fs,时间窗口的范围可以从百飞秒到几十个纳秒进行调节.探针光的高时空分辨率和参数互相独立可调的优点,为多时间尺度的超快动力学过程的单次高时空分辨捕捉提供了一种可行方案.     

变栅距光栅实现啁啾脉冲光谱整形

为了充分利用放大介质的增益带宽,获得脉宽更短,功率更高的输出脉冲,需要将输入到主放大链的种子脉冲进行光谱整形来补偿放大过程中的增益窄化效应。提出了利用变栅距反射光栅实现中心波长1053nm,谱宽6nm啁啾脉冲的光谱整形。运用严格的光栅衍射耦合波理论分析光栅的衍射特性,发现该方案不会引入相位畸变。分别计算和分析了刻槽深度、入射角大小、光栅周期以及入射光波长的变化对衍射效率的影响,通过选取适当的光栅参量可获得0.5%~84%的光谱调制深度。     

神光II升级装置波前传输计算模型与验证

基于衍射理论和神光II升级激光装置的光路结构及光学元件波前像差,建立了激光装置光束波前像差传输计算模型,用以获取在实验中难以取得,但对激光系统设计和安全运行非常重要的变形镜校正面型、放大器动态波前像差、空间滤波器波前像差和焦斑形态等过程数据。利用该模型对激光装置常规运行时的静态传输、变形镜加压静态传输和大能量发射3种状态下的波前传输进行理论分析,计算结果与实验测量相一致,并在此基础上对变形镜未加压大能量发射波前传输进行计算。计算模型可用于指导相关器件的设计,优化激光运行控制模式,有利于提高激光装置输出波前质量。     

Spatial beam shaping by quartz crystal piano-convex lens

Based on the optical activity of quartz crystal, we proposed a scheme for shaping the spatial intensity distribution of a linearly polarized laser beam by utilizing a quartz crystal piano-convex lens in combination with a polarizer. The intensity profile of the shaped laser beam can be easily switched from one profile to another by controlling the polarization direction of the incident laser beam.     

宽光束进入展宽器提高输出脉冲对比度分析

根据分析啁啾脉冲对比度模型,通过光线追迹法详细分析了展宽器对输出脉冲对比度的影响.发现当扩大进入展宽器的入射光束口径,从2 mm扩大到40 mm时,输出脉冲的对比度提高了近两个数量级;同时发现在相同条件下,当输入脉冲为双曲正割函数时,其输出脉冲的对比度明显好于输入脉冲为高斯脉冲和矩形脉冲的情形.     

(O)ffner展宽器曲面镜误差对输出脉冲对比度的影响

在(O)ffner展宽器的设计研究中,对曲面镜曲率半径的误差研究非常重要,它直接影响输出脉冲的质量.因此有必要分析(O)ffner展宽器中曲面镜曲率半径的误差对输出脉冲对比度的影响.参考(O)ffner展宽器的光线追迹模型,建立了(O)ffner展宽器中曲面镜曲率半径存在误差时的光线追迹模型;根据建立的模型.详细分析了曲面镜曲率半径的误差对输出脉冲质量的影响;发现在目前曲面镜曲率半径的加上误差在0.2%～0.5%的情况下,完全可以满足神光Ⅱ拍瓦激光装置中对展宽器的要求;同时发现如果曲面镜曲率半径存在误差时,应该尽量使两曲面镜之间的距离保持为凹面反射镜曲率半径的一半,而不是使两曲面镜保持同心.