高功率激光系统中B积分的研究

通过对非线性薛定谔方程的求解,数值模拟了高功率激光系统中钕玻璃的B积分传输规律,并理论分析了B积分对光脉冲的波形和频谱的影响,详细介绍了几种消除B积分影响的方法。这对高功率激光系统中光放大有一定指导意义。

ICF中可调法布里-珀罗滤波器间距稳定度研究

在神光Ⅱ第9路ICF高功率激光装置中，采用可调法布里-珀罗（F-P）滤波器对幅度调制效应进行补偿，根据补偿装置的技术要求，提出-种应用nm量级精度的电容式位移传感器对可调F-P滤波器间距稳定度进行监控的系统，详细论述了监控系统的结构与工作原理。给出了电容式位移传感器的驱动电路及数据处理与控制软件的设计方案，并对电容式位移传感器的精度进行了标定。实验结果表明，该位移监控系统能够使可调F—P滤波器的间距稳定度保持在15nm／h以内，使幅度调制效应的调制深度优于4％。

基于棱镜实现三倍频谐波分离

基于棱镜的色散特性,提出一种楔形窗口与聚焦透镜组合的方式,解决了高功率激光装置三倍频谐波分离所存在的问题,即三倍频的高通量传输和靶面辐照。结合“神光Ⅱ”装置多功能高能激光系统有关参数进行系统设计,确定了楔形窗口参数,并对其所引起的B积分和间距误差进行了分析。通过实验测试,三倍频传输通量由0.7～1 J/cm2提高到2.8 J/cm2,同时靶面三倍频和二倍频分离间距达到2.85 mm,实现了高功率激光装置高通量传输的三倍频谐波分离。

Two-dimensional performance of uniform irradiation with the use of an edge-softened lens array and spectral dispersion

A lens array composed of edge-softened elements is used to improve on-target irradiation uniformity in the Shenguang II Laser Facility, with which a Fresnel pattern of suppressed diffraction peaks is obtained. Additional uniformity can be reached by reducing short-wavelength interference speckles inside the pattern when the technique of smoothing by spectral dispersion is also used. Two-dimensional performance of irradiation is simulated and the results indicate that a pattern of steeper edges and a flat top can be achieved with this joint technique. (c) 2007 Optical Society of America.

二元振幅型面板用于光束空间整形

为了提高高功率激光系统的整体效率和充分利用光能,需要对前端注入的高斯光束进行空间整形,实现驱动器终端激光的均匀化输出。采用振幅型二元面板对激光光束进行空间强度整形,利用误差扩散法进行了理论设计,数值摸拟了整形效果,同时讨论了面板加工误差以及空间滤波器的小孔大小等因素带来的影响。根据理论设计,分别加工了反高斯透射率分布和抛物线透射率分布的二元面板,并进行了整形实验,实现了各自的整形功能,并做了误差分析。实验证明二元面板能对激光光束的空间强度分布实现了精确的整形。

有限尺寸光栅压缩器的优化设计

分析了超短超强激光系统中有限尺寸光栅压缩器设计的关键物理参数及约束条件,得到了压缩器优化的三项基本变量。给出了一种输出能量最大化的压缩器优化方法,进而确定了有限尺寸光栅压缩器的最大工作能力。针对传统的圆光束方案提出了改进的椭圆光束方案,增大了聚焦能量,减小了焦斑尺寸,提高了峰值聚焦功率密度。通过数值模拟对500 mm曝光口径介质膜光栅在圆光束和椭圆光束两种方案下的最大输出能力进行分析比较,指出单块光栅在椭圆光束方案下可以实现500 fs,500 J,1 PW的脉冲输出。

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2mm扩大到40mm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。

高功率激光装置光束准直系统新型远场监测技术

利用高功率激光装置空间滤波器小孔成像和取样光栅的衍射,设计出一套新型光路远场监测方案,并且在实验平台上进行了实验验证.实验结果表明:相对传统的远场监测方法,该远场监测系统通过侧面离轴光栅取样灵活利用空间,其调整平均误差为空间滤波器小孔直径0.9%,能够满足准直系统远场调整精度(<小孔直径5%)的要求.

千瓦级双包层光纤激光器冷却方案设计理论和实验研究

尽管双包层光纤激光器的散热性能好于传统的固体激光器的散热性能,光纤激光器中的热沉积仍然是限制提高其输出功率的重要因素.以双端抽运的400W双包层光纤激光器为实例,定量分析了光纤内的热沉积分布.根据所建立的散热模型,为了确保千瓦级双包层光纤激光器安全稳定的运行,抽运端附近的对流换热系数应大于2.8×10-2W·cm-2K-1.据此设计出高功率双包层光纤激光器抽运端冷却装置并成功应用在激光系统中,获得了千瓦级的激光输出.

小尺寸波纹光阑的实验研究

报道了在光路中使用小尺寸波纹光阑代替圆孔光阑的研究结果。应用菲涅耳衍射光强分布理论以及光上光强分布理论对波纹光阑在一定条件下的作用范围进行了分析。用CCD成像系统对实验结果进行记录。结表明实际与理论能较好地吻合。从光路的实际使用效果看，对比圆孔光阑，应用波纹光阑在其作用范围内实现了对光束衍射调制的抑制和填充冈子的提高。

激光玻璃与包边玻璃的折射率匹配

从理论上详细探讨了基质激光玻璃与包边玻璃的折射率匹配与剩余反射率的关系,并从实验上验证了折射率匹配越好,吸收系数与包边玻璃厚度的乘积越大,则剩余反射率越低,从而对激光放大器中寄生振荡的抑制越好,增益也就越高。

多层介质膜脉冲压缩光栅近场光学特性分析

利用傅里叶模式理论分析了TE波自准直角入射的使用条件下，多层介质膜光栅的光栅区和多层膜区电场分布的特点．分别讨论了HfO2和SiO2为顶层光栅材料时，光栅结构参数对光栅脊峰值电场的影响，结果表明，对于不同膜厚的顶层材料，存在一个最佳膜厚度，使光栅脊峰值电场最小，并且当膜厚增大时，设计大高宽比的光栅可以降低该电场峰值．最后，在大角度条件下使用多层膜光栅也可以降低光栅脊处的峰值电场．

飞秒激光用多层介质膜脉宽压缩光栅的设计

以薄膜光学的干涉理论和衍射光学的傅里叶模式理论为基础，给出了0．8μm飞秒激光器用多层介质膜脉宽压缩光栅的理论设计；设计采用H3L（HL）^9H0．5L2．4H的多层介质膜为基底，当刻蚀后表面浮雕结构的占宽比为0．35，线密度为1480线／mm，槽深为0．2μm，顶层HfO2的剩余厚度为0．15μm时，对于Littrow角度（36．7°）和TE波模式入射的衍射光栅其-1级衍射效率达到95％以上．

用于掺钛蓝宝石激光系统的高反膜的激光损伤

用电子束蒸发制备了用于掺钛蓝宝石啁啾脉冲放大激光系统的TiO2/HfO2/SiO2高反膜，其带宽约为176nm（R>98%, λ0=800nm），激光损伤阈值（LIDT）为2.4 J/cm2。通过TiO2和HfO2单层膜的透过光谱计算了这两种材料的折射率和消光系数。高反膜的性能主要由高折射率材料决定：折射率越高，反射带越宽；消光系数越小，薄膜吸收越小，LIDT越高。最后，讨论了高反膜的激光损伤机制。

全内反射式衍射光栅近场光学特性

利用傅里叶模式理论分析了具有高衍射效率的全内反射式衍射光栅在TE和TM偏振态下的近场光分布特点，讨论了光栅结构参数以及入射角度对光栅内电场增强的影响。结果表明：全内反射光栅内部电场分布对偏振态较敏感，光栅槽深和占宽比对电场增强影响较小，光栅内的峰值电场随光栅周期增大而增大，并且峰值电场随着入射角度的增大而减小。在应用于高功率激光时，降低光栅内部的电场增强可以有效降低损伤风险。