高功率激光裝置靶面光強分布精密控制技術研究.pdf

1、在激光慣性約束聚變研究中，精密物理實驗對靶面光強輻照均勻性有嚴格要求。然而，由于高功率激光裝置光束上的波前畸變導致靶面光強分布不均勻，從而會引起多種等離子體不穩(wěn)定性。因此激光驅動聚變要求采取束勻滑措施來精密控制靶面光強分布，并在靶的流體力學響應時間內快速改變靶面相干斑結構，從而實現(xiàn)靶面均勻輻照。此外，在高功率激光驅動器中，光束的傳輸、放大與控制問題也一直是強激光物理與技術研究的重點。論文主要針對靶面光強分布精密控制技術開展研究，分析了采

2、用這些技術對高功率激光裝置帶來的影響。
　　 論文主要研究工作和取得的成果如下:
　　 1.對靶面光強分布精密控制技術中光譜色散平滑(smoothing by spectraldispersion, SSD)涉及的光傳輸模型進行了研究。詳細討論了SSD脈沖傳輸放大過程中的幅頻效應及抑制措施，為研究和發(fā)展靶面光強分布精密控制技術奠定了理論基礎。
　　 2.為彌補基于正弦調頻脈沖的SSD技術邊帶分布不均勻且僅對靶面特

3、定空間頻段勻滑的缺點，提出了基于線性調頻脈沖的SSD方法。該方法可產生超高斯型的光譜分布，實現(xiàn)焦斑時域快速掃動。掃動速度主要取決于基元脈沖寬度和光柵參數(shù)。時域勻滑的焦斑光強分布為與光譜類似的超高斯型。該技術的難點在于獲得周期性線性調頻脈沖。這里采用線性啁啾脈沖堆積的方法來獲得線性調頻脈沖。實驗證明線性調頻脈沖進行光譜角色散后對遠場的束勻滑效果優(yōu)于正弦調頻脈沖。
　　 3.為解決線性光柵僅能實現(xiàn)焦斑一維勻滑的問題，首次提出了基于星

4、光柵的時域勻滑方法。與線性光柵和圓光柵相比，星光柵具有最佳的輻照均勻性。該技術可實現(xiàn)光束在靶面的圓周“運動”掃描，獲得遠場的全方位勻滑。該方法具有結構簡單、可實現(xiàn)焦斑二維勻滑和不顯著擴大焦斑尺寸的優(yōu)點。
　　 4.在高功率激光裝置上全系統(tǒng)連通研究了基于正弦調頻脈沖的SSD關鍵技術。解決了調頻脈沖產生、SSD參數(shù)優(yōu)化、幅頻效應抑制、空間濾波器小孔優(yōu)化、束勻滑焦斑參數(shù)評價等關鍵問題，為SSD的應用奠定了堅實基礎。
　　 5.

5、在高功率激光裝置上，基于色循環(huán)數(shù)1的SSD和磁流變加工的連續(xù)位相板(continuous phase plate，CPP)開展了靶面光強分布精密控制的綜合性實驗研究。采用CPP后焦斑大面均勻性和分布輪廓得到控制，包含95％焦斑能量圓內的通量對比度由不加CPP時的1.71下降到加CPP時的0.72。SSD和CPP同時采用時焦斑通量對比度下降到0.47，進一步提高了靶面輻照均勻性。在高功率激光裝置上應用SSD和CPP開展了激光等離子體相互作

6、用的物理實驗研究。平面靶實驗結果表明采用SSD和CPP后X光焦斑均勻性得到顯著改善;黑腔靶實驗表明采用SSD和CPP后背向散射光份額從不加SSD和CPP時的30％～40％下降到小于5％。為同時實現(xiàn)SSD功能和抑制大口徑光學元件內的橫向SBS，并獲得更高的靶面輻照均勻性，研究了基于復合型調頻(Multi-FM)脈沖的SSD技術，并結合CPP開展了全系統(tǒng)聯(lián)機實驗研究。結果表明復合型調頻SSD與采用單級調頻SSD相比可以進一步勻滑焦斑上的中高

7、頻調制。
　　 6.針對間接驅動中的激光等離子體不穩(wěn)定性，研究了雙折射楔板、組合式偏振旋轉板和柱矢光束等偏振勻滑技術。針對甚多束激光驅動器采用組束打靶的需求，研究了不同SSD色散方向排布對焦斑勻滑性能的影響。理論模擬結果表明采用色散方向互相垂直的排布方式可在單束光采用一維SSD的情況下實現(xiàn)焦斑的二維勻滑。研究了一種新型巨啁啾方波脈沖產生技術，具備輸出快上升沿、可精密二次整形的特點，可從源頭上消除幅頻效應。
　　 論文的創(chuàng)

8、新點主要包括:
　　 1.提出了基于線性調頻脈沖的光譜色散平滑技術，獲得了均勻性優(yōu)于正弦調頻脈沖SSD的焦斑;與國外傳統(tǒng)技術相比，無需相位調制器、光學精密整形和易于實現(xiàn)多種子脈沖間的精密同步是該技術的優(yōu)點。
　　 2.結合SSD和CPP技術，在高功率激光裝置上開展了靶面光強分布控制的綜合性實驗研究;應用SSD和CPP開展了激光等離子體相互作用物理實驗研究，證實了SSD+CPP技術抑制背向散射的有效性。
　　 3.