高功率激光驅(qū)動(dòng)器光束聚焦特性研究.pdf

1、光束聚焦特性是ICF激光系統(tǒng)中備受關(guān)注的問(wèn)題之一。在高功率固體激光裝置中，多級(jí)空間濾波器系統(tǒng)和靶場(chǎng)終端光學(xué)系統(tǒng)都存在光束聚焦過(guò)程，以往在研究聚焦特性時(shí)，主要針對(duì)的是焦平面位置的光斑。然而在間接驅(qū)動(dòng)方式打靶時(shí)，激光束穿過(guò)靶孔最終輻照在柱腔靶的靶壁上，因此必須同時(shí)控制焦平面和焦平面附近離焦位置的光斑特性以滿足實(shí)際物理實(shí)驗(yàn)的要求。另外激光裝置運(yùn)行過(guò)程中的熱效應(yīng)和安裝調(diào)試誤差都會(huì)使得空間濾波小孔和光束實(shí)際焦面存在偏差，使得實(shí)際濾波過(guò)程可能和預(yù)計(jì)

2、的二元濾波效果有所不同。
　　建立更全面的光束聚焦過(guò)程分析模型，針對(duì)焦平面、離焦面位置光斑特性和控制方法進(jìn)行深入細(xì)致的分析，對(duì)于提升激光裝置的性能具有重要的指導(dǎo)作用。本論文主要包括以下內(nèi)容:
　　1.完善了光束聚焦過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，提出了“空間角譜+光線追跡”的光束聚焦分析方法;
　　2.根據(jù)上述分析方法，研究了離焦空間濾波器的頻譜響應(yīng)函數(shù)，結(jié)果表明，在離焦距離較小，離焦空間濾波器有軟邊濾波效果;離焦距離較大時(shí)，光場(chǎng)在小

3、孔邊緣發(fā)生明顯的衍射，濾波函數(shù)沒(méi)有規(guī)律，部分中高頻成分開(kāi)始增長(zhǎng);離焦距離的臨界值與小孔的尺寸和光場(chǎng)頻譜分布有關(guān)，在典型的小孔參數(shù)和波前畸變條件下，臨界值約為10倍焦深，為高功率激光系統(tǒng)空間濾波器的設(shè)計(jì)和調(diào)整提供了參考;
　　3.基于頻譜分析方法，研究了波前畸變PV值對(duì)焦斑分裂的影響，結(jié)果表明，波前畸變PV值是導(dǎo)致焦斑增大的主要原因之一，很好的解釋了實(shí)驗(yàn)中三倍頻焦斑分裂現(xiàn)象，得到了波前PV值與焦斑分裂現(xiàn)象之間關(guān)系的基本規(guī)律，為焦斑分

4、裂的控制提供了理論依據(jù);
　　4.基于光束聚焦過(guò)程數(shù)學(xué)模型，對(duì)比分析了焦平面和離焦位置光斑特性與波前畸變的相互關(guān)系，研究了離焦距離對(duì)于光斑特性的影響，得到在實(shí)測(cè)激光波前畸變條件下焦后光斑均勻性優(yōu)于焦前、入孔位置設(shè)在焦后10倍焦深附近有較好的能量注入率和靶壁光斑均勻性的結(jié)果，對(duì)間接驅(qū)動(dòng)靶參數(shù)的設(shè)計(jì)具有參考意義;
　　5.基于上述理論分析，探索了基于“模式爬山”算法的AO系統(tǒng)焦面控制方法，研究了AO系統(tǒng)對(duì)光斑的控制能力，為未來(lái)高