光参量放大晶体拼接机构设计及拼接误差补偿

晶体拼接技术能够克服光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)过程中非线性晶体口径受限问题,从而有效地提高放大器的输出能力。针对晶体拼接中相位匹配角的精确控制和晶体加工误差补偿问题,提出了"独立调整+误差补偿"的OPCPA晶体拼接技术方案,研制了2×2晶体拼接调整机构及2×2能动反射镜,每块子晶体可以进行3个自由度旋转以达到初始拼接角和相位匹配的目的,纳米精度的压电致动器驱动的2×2能动反射镜对晶体加工误差进行补偿。利用透射式元件对晶体拼接系统进行了可行性和稳定性验证,取得了较好的实验结果,证明该拼接调整方案是可行的。     

激光传输数值模拟数据的三维可视化研究北大核心CSCD

大型激光装置具有结构复杂、设计与仿真模型众多以及数据多样等特点,并且设计与仿真结果通常使用不同的软件平台进行展示,没有形成统一的集成平台和数据可视化及交互系统。针对上述问题,提出了一种基于三维引擎Three.js和数据可视化库Vis.js的激光传输数值模拟数据三维可视化方法,并开发了相应的可视化系统。首先给出激光传输数值模拟数据三维可视化系统的体系结构,然后对功能模块的划分和关键算法进行设计,并给出系统的实现手段,最后对系统运行效果进行展示与总结。结果表明,所开发的系统可用于大型激光器激光传输结构设计结果和模拟数据的可视化,能有效改善激光驱动器光路设计和传输模拟的可视化效果。     

大口径快速生长KDP晶体三倍频性能研究

主要研究大口径KDP晶体的高强度三倍频性能。采用正交偏振干涉法测量了晶体的光轴均匀性分布,并在神光III原型装置上利用快速生长二倍频晶体开展了高强度三倍频实验,验证了折射率均匀性分布对三倍频效率和近场的影响。实验结果表明,大口径快速生长KDP晶体的三倍频性能基本上满足神光III装置的要求,但快速生长晶体的受激拉曼散射增益系数和激光损伤阈值等性能仍有待进一步考核。     

激光波前功率谱密度与焦斑旁瓣的关系

基于波前功率谱密度(PSD)的定义,分析了采用功率谱密度方法研究中频波前畸变与焦斑旁瓣关系的可行性。由于任意形状的波前畸变都可以由不同空间频率的正弦函数叠加组成,以正弦函数波前为例进行功率谱密度分析和远场分析。分析表明,当中频波前畸变的幅度满足一定条件时,远场二级以上的衍射非常低,可以忽略不计,此时波前功率谱密度与焦斑旁瓣具有非常好的相似性,并且这种相似性仅与中频波前畸变的幅度有关,与空间频率无关。最后还用数值模拟的方法验证了这个结论对叠加后的结果仍然成立。研究结果可以用于设计满足惯性约束聚变(ICF)驱动器打靶对焦斑旁瓣要求的光学元件中频段波前畸变指标。     

用于ICF驱动器的色分离相位光栅的研究

采用相位闪耀光栅原理设计出用于ICF驱动器中能离轴分离基频、二倍频、三倍频激光的色分离相位光栅,理论上三倍频零级衍射效率达到100%,同时,对该相位光栅进行了实际制作和实验测量,测出了基频光和二倍频光的分离角以及光栅的零级衍射效率,得到了一些有意义的结果。     

纳秒级光脉冲多程放大物理模型研究

在纳秒级光脉冲多程放大研究中,Lowdermilk解析解仅考虑了增益完全恢复和完全不恢复两种极端情况.实际上,在脉冲间隔时间内放大器的增益恢复很可能介于完全恢复和完全不恢复之间.直接从速率方程出发,建立脉冲通量与激光上、下能级粒子数的相关方程,推导出上、下能级粒子数密度在脉冲与放大器发生相互作用时间间隔dT前后的递推关系,从而解决了增益不完全恢复问题.另外,把该模型的计算结果与Lowdermilk解析解和多程放大实验结果做了比较,分析了弛豫效应对能流放大特性的影响,并得到了比较准确、可靠的结果.     

强激光束聚焦特性研究

采用功率谱密度(PSD)和均方根梯度(RMD)描述畸变波前的方法,建立了终端光学系统光传输模型和强激光束聚焦特性模型及计算程序,得到聚焦光斑尺寸随近场光束波前变化的一般规律,同时对终端光学系统中的元件排布,以及满足聚焦要求的光束控制元件提供了初步的设计参数. 采用位相均方根梯度描述光学元件引入的低频段噪声,通过建立合理的畸变波前的二维模拟计算模型,计算了激光焦斑分布.给出了光学元件引入的低频段位相噪声与光束聚焦特性的一般规律,即随着不同均方根梯度的增大,远场聚焦光斑的尺寸随之扩大.对于具有同一均方根梯度的不同随机位相屏,计算得到焦斑强度分布虽各不相同,但焦斑直径在一定范围内变化.位相均方根梯度较好地反映了聚焦光斑尺寸随畸变波前的变化.同时对传统的傅里叶变换算法进行了改进,在空域和频域中,可根据计算需求灵活改变采样区间和抽样点数.将计算结果与直接对衍射方程求积分得到的结果进行了比较,获得一致的结果,证明了程序的正确性. 对于高频畸变波前,引入PSD进行描述.同时对位相恢复算法进行了研究,并对位相屏进行了低通滤波处理.(OG17)     

时域与空域结合实现光束匀滑的光谱优化分析

为改善焦斑的均匀性以应用于惯性约束聚变(ICF)的实验,从焦斑形态的控制出发,在随机相位板(RPP)和连续相位板(CPP)做空域整形下,用同样带宽和最大谱色散角,模拟了不同光谱形状的匀滑效果,通过焦斑强度的功率谱密度(PSD)和平顶的均方根(RMS)对获得的焦斑进行评价.结果表明,改善光谱形状可以提高匀滑效率,优化光谱相对主流的正弦调频光谱对匀滑效果的均方根值可提高43.7%.同时,设计相位板时考虑焦斑上不同空间频率的权重,有利于匀滑.     

用于激光等离子体诊断系统的长焦深透镜

针对惯性约束聚变(ICF)等离子体诊断系统中对长焦深光学元件的要求,采用非线性相位拟合法设计了一块孔径150 mm,焦距450 mm,焦深5 mm的长焦深球面透镜.为了验证该方法的可行性和正确性,制作了一块与设计等F数(通光孔径为80 mm,焦距为240 mm)的长焦深透镜,并且测量了平行光经过该透镜后的轴上和横向光强分布.理论和实验结果都表明,采用非线性相位拟合法设计的长焦深透镜可以获得长焦深、小焦斑、小旁瓣的聚焦光束,可以满足诊断系统对长焦深元件的要求.     

利用纯位相计算全息图实现位相函数相加的光学安全技术

提出一种利用纯位相计算全息图实现光学安全和防伪方法。这种方法将记录相息图时在全息图面上对应的位相分解成两部分 ,分别制成两张纯位相计算全息图。单独再现每一张全息图时无法观察到原物体信息 ,而将两全息图对准合在一起时 ,则可在计算全息图的观察面上得到原来的物体信息。可以将其中的一张全息图作为解码标准 ,从而依据是否可以与之共同解出某一特定的信息来判断全息图的真伪。