激光聚焦爆炸耦合场的理论建模与跨尺度计算

针对激光聚焦爆炸的电磁-热力耦合效应,在宏观尺度上,把描述激光电磁波散射和传播的Maxwell方程和高温高压气动流场的Euler方程结合起米,利用热力学状态方程(EOS)和电离平衡方程(Saha方程)并通过理论建模和数值仿真,研究和揭示激光聚焦爆炸效应及激光支持吸收波(LSC/LSD)的产生和演化、以及相关的反冲压力和动量耦合等相互作用机制.

Effects of Lorentz local field correction on propagation properties of few-cycle pulse in dense Λ-type atomic medium

By solving numerically the full Maxwell-Bloch equations without the slowly varying envelope approximation and the rotating-wave approximation, we investigate the effects of Lorentz local field correction (LFC) on the propagation properties of few-cycle laser pulse in a dense A-type three-level atomic medium. We find that: when the area of the input pulse is larger, split of pulse occurs and the number of the sub-pulses with LFC is larger than that without LFC; at the same distance, the time interval between the first sub-pulse and the second sub-pulse in the case without LFC is longer than that with LFC, the time of pulse appearing in the case without LFC is later than that in the case with LFC, and the two phenomena are more obvious with propagation distance increasing; time evolution rules of the populations of levels vertical bar 1 >, vertical bar 2 > and vertical bar 3 > in the two cases with and without LFC are much different. When the area of the input pulse is smaller, effects of LFC on time evolutions of the pulse and populations are remarkably smaller than those in the case of larger area pulse. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Phase-dependent properties for absorption and dispersion in a closed equispaced three-level ladder system

It is shown that in a closed equispaced three-level ladder system, by controlling the relative phase of two applied coherent fields, the conversion from absorption with inversion to lasing without inversion (LWI) can be realized; a large index of the refraction with zero absorption can be gotten; considerable increasing of the spectrum region and value of the LWI gain can be achieved. Our study also reveals that the incoherent pumping will produce a remarkable effect oil the phase-dependent properties of the system. Modifying value of the incoherent pumping can change the property of the system from absorption to amplification and enhance significantly LWI gain. If the incoherent pumping is absent, we cannot get any gain for any value of the relative phase. (c) 2007 Elsevier GmbH. All rights reserved.

二次光栅在波前测量中的应用

采用一种特殊的二次光栅用于激光波前测量, 它对非零级衍射光束具有不同的聚焦效应, 其光栅线为圆弧型而非直线。导出了在会聚光束情况下的两平面成像在单一像平面上的距离关系, 实验上实现了二次光栅用于会聚光束的波前测量, 测量得到会聚光束具有较大的散焦(-2.93λ)和球差(1.34λ), 与该透镜引起波前的离焦像差理论理想值(-2.695λ)基本符合。该技术可以实现波前的高空间分辨力和高精度实时测量, 大大减少光学元件数量, 降低装置成本。由于大功率激光束的不稳定性, 其波前变化非常快, 所以该方法的实时性非

图像处理在光路自动准直系统中的应用

光路自动准直系统应用于惯性约束聚变的高功率激光装置中的光束自动调整。图像处理是光路自动准直的关键技术之一。针对神光Ⅲ原型装置，结合阈值化、重心法、中值滤波和圆拟合等多种不同的图像处理方法设计了一套合理的准直方案，并且在模拟实验平台上进行了实验验证。实验结果表明，光路自动准直系统能够在15min之内顺利完成光路的自动调整，光束近场调整精度优于近场光斑的±0．5％，光束远场调整精度≤±0．3″，满足了原型装置的总体要求。

偏振分配角θp对高功率激光三倍频波形的影响

使用四阶龙格-库塔算法数值求解Ⅱ类-Ⅱ类偏振失配方案的三倍频稳态耦合波方程组。针对“神光Ⅱ”激光驱动器的三倍频系统，在二倍频匹配角吼和三倍频匹配角只均处于最佳匹配情况下，以1°为单位改变偏振分配角郇的偏离量，得到对应的三倍频波形特性的变化。研究表明，偏振分配角θp处于最佳理论匹配位时，对应的三倍频波形半峰全宽最窄，且波形上升沿抬起也最快；θp从最佳匹配位增加比从最佳匹配位减小对应的半峰全宽变宽更快，对应的上升沿抬起更慢。根据所得理论结果，在实验中调节偏振分配角θp，达到了改变三倍频输出波形特性，进而实现八

磷酸盐激光玻璃聚（CH3）2Si（OC2H5）2防潮膜

以（CH3）2Si（OC2H5）2为前驱体，采用溶胶-凝胶与有机合成相结合的方法，制得稳定性良好的涂膜液。采用旋转涂膜法在掺钕磷酸盐激光玻璃棒端面涂制防潮膜，膜层固化后透过率达96．5％，获得的膜层表面粗糙度优良，均方根表面粗糙度（RMS）为1．659nm，平均粗糙度（RA）平均为1．321nm；在激光波长1053nm，脉冲宽度1 ns条件下膜层的激光破坏闽值可达10～14 J／cm^2。经过“神光Ⅱ”高功率激光器物理实验运行，膜层使用期为五年，并且已经在我国“神光Ⅲ”原型装置上试用。

列阵透镜对能量测量影响的分析

结合列阵透镜的透过率分析了其后的光场分布。列阵透镜由多个列阵元拼接而成，用以改善主透镜焦点附近能量分布的均匀性。列阵透镜在提高辐照均匀性的同时，给能量测量带来了不利的影响。这是由于经过列阵元的相邻子光束会产生干涉，干涉条纹处的激光能量密度和功率密度相应都大为增加，其数值在干涉区域中心处能上升到原来的4倍。更高的能量密度和功率密度对能量计提出了更苛刻的要求。在没有采取适当措施的时候使用，就会损坏能量计。

基于孔径耦合带状线的激光脉冲整形系统

实现了一种新型的激光脉冲整形系统，该系统使用了一个由孔径耦合带状线（ACSL）电脉冲整形器驱动的电光调制器。一个电脉冲整形器由两条通过其公共接地板上的耦合孔径发生耦合作用的带状传输线所组成的四端口装置。更换具有不同耦合孔径的公共接地板，该电脉冲整形发生器可以具有150ps时间结构的任意整形电脉冲。将任意整形的电脉冲输入到电光调制器上，就可以得到任意整形的激光脉冲。利用该系统，激光脉冲整形系统能够产生具有150ps前后沿，1～3ns脉冲宽度可调、高对比度、光滑过渡以及任意整形的激光脉冲。

利用晶体串接实现高效宽带三倍频

从耦合波方程出发,分别在小信号、高功率(1.5 GW/cm2)条件下研究KDP晶体串接三次谐波转换。当两块混频晶体的长度选择为8 mm和6 mm,晶体分别偏离原混频匹配角0.35 mrad和-0.25 mrad时可以有0.3 nm的谐波转换带宽,同时系统的三次谐波转换效率与两块混频晶体之间的距离有密切关系,当两块晶体之间的距离使从第一块混频晶体出射的光波之间的相位差改变π时,会使第一块混频晶体产生的三次谐波大部分回流到基频和倍频光,从而使转换效率大幅度下降,最合适的距离应当使光波之间的相位差改变为2π。

高功率激光装置前端系统激光脉冲的时间整形及修正技术

针对激光惯性约束聚变实验研究对高功率激光驱动器前端系统复杂时间形状种子激光脉冲的需求, 应用孔径耦合带状线集成波导整形系统设计了满足需要的前端整形激光脉冲。用一种新方法精确计算了孔径耦合带状线电脉冲整形器的耦合系数和孔径宽度的数值关系, 并针对高衬比度整形激光脉冲的需求, 提出了高衬比度双极型集成波导整形系统方案。由该系统可以得到100 ps脉冲前沿、1～3 ns脉冲宽度可调、高衬比度(大于100∶1)、光滑无纹波调制、可精确满足神光II八路及第九路装置需求的前端整形激光脉冲。

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。

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。

神光Ⅱ升级装置终端光学组件的排布设计

设计高功率激光装置靶场终端光学组件(FOA)时考虑的重要因素是鬼像对光学元件的破坏。由于神光Ⅱ升级装置(SG-Ⅱ-U)的输出能量高、靶场空间小、鬼像分布情况复杂,导致了终端光学组件的设计难度很高。用自主研发的鬼像控制设计软件对神光Ⅱ升级装置靶场终端光学组件排布进行设计,给出了进行鬼像控制设计时需考虑的设计因素,并对比研究了两种靶场终端光学组件设计方案的优缺点,最后结合神光Ⅱ升级装置的特点,优化设计出神光Ⅱ升级装置靶场终端光学组件的最终排布方案。

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.