惯性约束聚变装置中基于光克尔效应的径向光束匀滑方法_2

文档序号:9505533阅读:来源:国知局
on M C. Optical Kerr effect induced by ultrashort laser pulses[J]. Phy. Rev. A, 1975, 12(3):1036)
[0023] 上述技术方案中,步骤(4)中所述光传输链中的激光束的透射波前表示为下式:
[0025] 式中,1? = 2π/λ为波失,λ为激光束波长;d为光克尔介质厚度,Ip为栗浦光峰 值强度,w为Ι/e束腰宽度,h为时间延迟因子,T w为高斯脉冲的半高全宽的脉宽。
[0026] 上述技术方案中,在积分时间Δ t内,远场光强分布为:
[0028] 式中,Δ t为积分时间,E。为激光束近场的光场分布,狄PP为连续相位板(cpp)的 附加相位,"FT"表示傅里叶变换," I I "表示取绝对值。
[0029] 上述技术方案中,所述光克尔介质为石墨稀、或二硫化碳。
[0030] 本发明提供的实现所述惯性约束聚变装置中基于光克尔效应的径向光束匀滑方 法的匀滑装置,包括种子光输出单元,预放大系统,主放大系统,反射镜,连续相位板,聚焦 透镜,靶面;按照本发明,还包括径向光束匀滑装置,该径向光束匀滑装置由皮秒激光器,光 纤脉冲堆积单元,透镜,二向色镜,光克尔介质和滤光元件组成的;其中,光纤脉冲堆积单元 由分束器、合束器和多路光纤组成;按照光路描述:从种子光输出单元输出的激光束依次 经过预放大系统、二向色镜、光克尔介质,滤光元件、主放大系统、反射镜和连续相位板后, 最后经聚焦透镜聚焦在靶面;从皮秒激光器输出的高斯脉冲经过光纤脉冲堆积单元时,由 分束器分成多个子高斯脉冲,各个子高斯脉冲经各自长度不同的光纤传输至合束器,经合 束器合束后得到周期性高斯脉冲;然后经透镜、二向色镜耦合到光传输链中,经过光克尔介 质后,光克尔介质受到周期性高斯脉冲即栗浦光的作用后产生的周期性球面位相调制,并 实时调制所述光传输链中的激光束的透射波前;且周期性高斯脉冲被滤光元件滤除;所述 光传输链中激光束的透射波前受到周期性球面位相调制后,依次经过主放大系统、反射镜 和连续相位板,最后经聚焦透镜聚焦到靶面;激光束的远场焦斑尺寸发生周期性变化,即快 速变焦,从而引起远场焦斑内部散斑在径向的快速扫动,在较短的积分时间内实现靶面的 径向匀滑。
[0031] 上述技术方案中,所述径向匀滑装置中的皮秒激光器,选用可调谐皮秒激光器,或 钛宝破秒激光器,或掺Yb3+光纤皮秒激光器;并要求其输出的高斯脉冲的波长与惯性约 束聚变装置光传输链中的激光束的波长不同,以避免对激光束后续的传输与放大产生影 响。
[0032] 上述技术方案中,所述皮秒激光器输出高斯脉冲的半高全宽的脉宽Tw应与所述的 积分时间相近,以实现在较短时间内提高光传输链中激光束对靶面辐照的均匀性。
[0033] 上述技术方案中,所述实现靶面的径向匀滑的积分时间为IOps至Ins之间。
[0034] 上述技术方案中,所述滤光元件可以是旋光片、滤光片或空间滤波器的一种。
[0035] 本发明所述的径向光束匀滑技术,即是使激光束远场散斑在靶面沿径向方向扫 动,以实现激光束远场焦斑在径向方向的匀滑,所述径向方向是指在靶面沿半径的方向,垂 直成〃Γ字型。
[0036] 本发明所述的惯性约束聚变装置中基于光克尔效应的径向光束匀滑方法和匀滑 装置,在惯性约束聚变装置光传输链中使用连续相位板的前提下,可单独使用,亦可与现有 的ID-SSD联合使用,从而引起光传输链中激光束远场焦斑内部散斑在径向的快速扫动,以 同时实现对光传输链中激光束的远场散斑在径向方向和光栅色散方向的勾滑。
[0037] 本发明与现有技术相比所具有的优点及有益的技术效果如下:
[0038] 1、本发明首次提出了惯性约束聚变装置的激光驱动系统中基于光克尔效应的径 向光束匀滑方法,并提供一种实现该方法的匀滑装置,实现了光传输链中激光束远场散斑 在径向方向的光束匀滑。
[0039] 2、本发明所述的惯性约束聚变装置中基于光克尔效应的径向光束匀滑方法和装 置,是利用光克尔介质和周期性高斯脉冲相互作用后产生的周期性球面位相调制,进一步 对光传输链中激光束的透射波前进行周期性调制,从而实时改变其远场焦斑的尺寸,实现 快速变焦;快速变焦进一步引起远场散斑的径向扫动,最终在较短的积分时间内提高激光 光束的远场辐照均匀性。
[0040] 3、本发明所述的惯性约束聚变装置中基于光克尔效应的径向光束匀滑方法和匀 滑装置与现有ID-SSD相比,能避免激光束在远场产生条纹状的强度调制的产生,因而激光 束的远场光斑尺寸发生周期性变化,即快速变焦,从而引起远场焦斑内部散斑在径向的快 速扫动,进而在较短积分时间内实现靶面的径向匀滑。
[0041] 4、本发明所述的惯性约束聚变装置中基于光克尔效应的径向光束匀滑方法和匀 滑装置,该装置与现有SSD、CPP联合使用之后,能大幅度地提高激光束对靶面辐照的均匀 性。
【附图说明】
[0042] 图1是本发明实现所述惯性约束聚变装置中基于光克尔效应的径向光束匀滑方 法的匀滑装置的结构示意图;
[0043] 图2是本发明所述惯性约束聚变装置中基于光克尔效应的径向束匀滑装置中的 光纤脉冲堆积单元结构示意图;
[0044] 图3是本发明所述惯性约束聚变装置中基于光克尔效应的径向束匀滑装置中光 克尔介质受到栗浦光作用时,产生的球面位相分布图;
[0045] 图4是本发明所述惯性约束聚变装置中基于光克尔效应的径向束匀滑方法中无 连续相位板时的光束匀滑方向及其焦斑,其中,(a)为径向光束匀滑方向及其焦斑,(b)为 已有的ID-SSD光束匀滑方向及其焦斑;
[0046] 图5是本发明所述惯性约束聚变装置中基于光克尔效应的径向束匀滑方法中有 连续相位板时的焦斑,其中,(a)为径向光束匀滑方法的焦斑,(b)为已有的ID-SSD光束匀 滑的焦斑,(c)为径向光束匀滑方法与ID-SSD联合使用时的焦斑;
[0047] 图6是本发明所述惯性约束聚变装置中基于光克尔效应的径向光束匀滑方法中 有连续相位板时,径向光束匀滑方法、1D-SSD、径向光束匀滑方法与ID-SSD联合使用的三 种光束匀滑方案下,其焦斑的FOPAI曲线;
[0048] 图7是本发明所述惯性约束聚变装置中基于光克尔效应的径向光束匀滑方法中 有连续相位板时,其中,(a)径向光束匀滑方法、径向光束匀滑方法与ID-SSD联合使用的两 种方案下,光通量对比度Contrast随栗浦光峰值强度的变化曲线,(b)径向光束匀滑方法、 1D-SSD、径向光束匀滑方法与ID-SSD联合使用的三种方案下光通量对比度Contrast随积 分时间At的变化曲线。
[0049] 图中,1种子光输出单元,2预放大系统,3二向色镜,4光克尔介质,5滤光元件,6 主放大系统,7反射镜,8连续相位板,9聚焦透镜,10靶面,11皮秒激光器,12光纤脉冲堆积 单元,13透镜,14分束器,15合束器,16多路光纤。
【具体实施方式】
[0050] 下面结合附图并用具体实施例对本发明作进一步详细说明,有必要在此指出的是 所述的实施例只是用于对本发明的进一步描述,而并不意味着是对本发明保护范围的任何 限定。
[0051] 本发明所述的一种惯性约束聚变装置中的基于光克尔效应的径向光束匀滑方法, 实现该径向光束匀滑方法的匀滑装置其结构如图1所示。包括种子光输出单元1,预放大 系统2,主放大系统6,反射镜7,连续相位板8,聚焦透镜9,靶面10 ;还包括径向光束匀滑装 置,该径向光束匀滑装置由二向色镜3,光克尔介质4,滤光元件5,皮秒激光器11,光纤脉冲 堆积单元12,透镜13 ;其中,光纤脉冲堆积单元12由分束器14、多路光纤16和合束器15组 成。按光路描述:种子光输出单元1输出的激光束依次经过预放大系统2、二向色镜3、光克 尔介质4、滤光元件5、主放大系统6、反射镜7、连续相位板8、聚焦透镜9,最后到达靶面10 ; 进一步由图1,由皮秒激光器11和光纤脉冲堆积单元12产生的周期高斯脉冲经透镜13、二 向色镜3耦合
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