ABCD matrix for reflection and refraction of Gaussian beams at the surface of a parabola of revolution

We report the formulation of an ABCD matrix for reflection and refraction of Gaussian light beams at the surface of a parabola of revolution that separate media of different refractive indices based on optical phase matching. The equations for the spot sizes and wave-front radii of the beams are also obtained by using the ABCD matrix. With these matrices, we can more conveniently design and evaluate some special optical systems, including these kinds of elements. (c) 2005 Optical Society of America

径向双折射滤波器的超分辨性能研究

超分辨技术因其可以超越经典的衍射极限而为人们所熟知．并且．在光存储和共焦扫描成像系统中有着广泛的应用。把由两个偏振器和一个圆对称的双折射元件组成的径向双折射滤波器引入超分辨技术，借助琼斯算法推导出其光瞳函数的表达式。由分析得出通过改变径向双折射滤波器中偏振器的偏振方向和双折射元件的主轴之间的夹角，即可实现光学系统的横向超分辨或轴向超分辨。同时对评价该器件超分辨性能的参量第一零点比、斯特尔比和旁瓣强度抑制比做了详细的讨论。该滤波器用于超分辨技术的优点在于其制作不涉及相位的变化而比较简单，且费用比较低。缺点是

提高能量密度的超衍射极限激光光束相位补偿技术

定义了激光光束衍射远场光斑压缩前后的能量比以及能量密度比来衡量超衍射极限激光光束的质量。通过利用反向传递算法设计了合适的补偿相位板，不但对准直放大的单一横模激光光束进行小于光学衍射极限的发散度的压缩，同时又保证光束能量集中于压缩后的远场衍射主瓣中，使压缩后的远场衍射光斑的能量密度增加。给出了相应的实例。这一结论不但解决了光学超分辨中光束压缩与能量损失不可避免这一矛盾，而且为发散度小且能量密度高的超衍射极限激光光束的实验工作以及该类光束的实际应用提供了理论基础。

一种基于平板横向剪切干涉的角位移测量方法

在一种已有的角位移干涉测量技术的基础上,提出一种改进的角位移测量方法。通过选择合适的初始入射角,使从平板前后表面反射的两光束实现剪切干涉。采用一维位置探测器测量光束经透镜会聚后在探测器光敏面上的光点偏移量。根据干涉信号的相位和光点偏移量可以计算出被测物体的角位移。在该测量方案中,引入的一平面反射镜与被测物体的反射面形成光程差放大系统,提高了角位移测量灵敏度。分析了初始入射角对剪切比的影响,并讨论了基于该方案的角位移测量精度。实验结果表明,基于该技术的角位移重复测量精度达到10-8 rad数量级。

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。

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．

激光脉冲宽度对有质动力加速电子的影响

基于真空中单电子运动模型，编程计算得到了高斯激光脉冲与初始位于激光传播轴上电子的相互作用结果。不同激光参鼍条件下，得到了电子的能量增益与激光强度、焦斑大小和脉冲宽度关系。结果表明，高斯激光脉冲焦斑较大时，电子没有明显的能量增益，高斯激光脉冲焦斑太小时，电子也没有明显的能量增益。电子的能量增益有一个最佳焦斑大小。在相同激光强度下，电子能量增益的最佳焦斑大小随脉冲宽度的增大而增大，但最佳焦斑大小与脉冲宽度的比值基本上是不变的。

Improved uniformity of target illumination by combining a lens array and the technique of spectral dispersion

A scheme using a lens array and the technique of spectral dispersion is presented to improve target illumination uniformity in laser produced plasmas. Detailed two-dimensional simulation shows that a quasi-near-field target pattern, of steeper edges and without side lobes, is achieved with a lens array, while interference stripes inside the pattern are smoothed out by the use of the spectral dispersion technique. Moving the target slightly from the exact focal plane of the principal focusing lens can eliminate middle-scale-length intensity fluctuation further. Numerical results indicate that a well-irradiated laser spot with small nonuniformity and great energy efficiency can be obtained in this scheme. (c) 2007 American Institute of Physics.

谱色散平滑与透镜列阵联用实现均匀照明

为满足激光惯性约束聚变中靶面激光辐照不均匀性低于5%的要求, 在目前使用透镜列阵基础上, 提出了谱色散平滑与透镜列阵联用方案, 对其进行数值计算并分析其平滑效果和应用可行性。结果表明:焦斑的不均匀性从单独使用透镜列阵时的14%降低到与谱色散平滑结合后的3%;对焦斑点功率谱的分析表明谱色散平滑通过抑制焦斑中高频的频谱强度达到平滑效果。该方案可以进一步提高焦斑平滑效果, 计算结果对实际应用有着重要的参考意义。

"神光-Ⅱ"装置第九路靶场终端光学组件的研制

针对“神光-Ⅱ”装置第九路系统主激光瞄准精度小于等于30μm和大焦斑辐照均匀性优于10％的要求，提出了靶场终端光学组件的设计结构。应用有限元法对组件关键机械元件和ICF靶室整体进行动静态分析，优化了设计参数。同时与聚焦透镜配合进行数值分析列阵透镜，确定了单元数、曲率和厚度以及单元长和宽等参数。经过实验测试，主激光瞄准精度达到28．9μm，大焦斑辐照的形状为1000μm×500μm，均匀性为12．0％。

阵列光栅压缩器的空域特性

引入角度偏差、位移偏差作为拼接光栅系统的物理参数，定义了拼接光栅的孔径函数，利用傅里叶角谱理论研究了高斯脉冲入射拼接光栅压缩器后的远场分布特性。研究表明；出射脉冲仍然是高斯型脉冲，但包络中心发生偏移，偏移量由角度偏差量和光束口径决定；位移偏差引入的相位随着拼接光栅压缩器传递，其对远场焦斑的影响，取决于每片子光栅的非整数倍光栅常数的横向位移偏差和纵向位移偏差的综合作用。通过数值计算得到了各维偏差对阵列光栅压缩器空域特性的影响，计算表明：光栅面外角度偏差（俯仰左右）和条纹平行度偏差都必须控制在1μrad以内，

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。

Effect of elliptical manufacture error of an axicon on the diffraction-free beam patterns

Based on the generalized Huygens-Fresnel diffraction integral theory and the stationary-phase method, we analyze the influence on diffraction-free beam patterns of an elliptical manufacture error in an axicon. The numerical simulation is compared with the beam patterns photographed by using a CCD camera. Theoretical simulation and experimental results indicate that the intensity of the central spot decreases with increasing elliptical manufacture defect and propagation distance. Meanwhile, the bright rings around the central spot are gradually split into four or more symmetrical bright spots. The experimental results fit the theoretical simulation very well. (C) 2008 Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers.

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。

High focal depth with a pure-phase apodizer

High-density optical data storage requires high-numerical-aperture (NA) lenses and short wavelengths, But, with increasing NA and decreasing wavelength, the depth of focus (DOF) decreases rapidly. We propose to use pure-phase superresolution apodizers to optimize the axial intensity distribution and extend the DOF of an optical pickup. With this kind of apodizer, the expected DOF can be 2-4.88 times greater than that of the original system, and the spot size will be smaller than that of the original system. (C) 2001 Optical Society of America.