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_3

文档序号:9505533阅读:来源:国知局
进入光传输链,该周期高斯脉冲作用在光克尔介质4上产生周期性球面位相 调制,最后经滤光元件5滤除;而光传输链中的激光束经过光克尔介质时,其透射波前为周 期性球面位相;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;因而聚焦光斑尺寸随着周 期性球面位相的改变而发生变化,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,在较短的积分时间内实现靶面的径向匀滑。 由图2,所述皮秒激光器11输出的高斯脉冲经光纤脉冲堆积单元12时,先由分束器14分为 多束子高斯脉冲,子高斯脉冲经过各自不同长度的多路光纤16后,再由合束器15合成为周 期性高斯脉冲。
[0052] 实施例1
[0053] 本实施例中所用光克尔介质为石墨烯,因其拥有高光克尔系数、高损伤阈值和大 的通光口径等特性,石墨稀的参数为:光克尔系数n 2= 6X10 Scm2/W,厚度d = 0. 5nm,尺寸 40X40mm ;可调谐皮秒激光器11输出的高斯脉冲波长λ = 808nm,半高全宽的脉宽为Tw= 2. 2ps,脉冲峰值强度Ip= 0. 2GW/cm2,光纤脉冲堆积单元12中多路光纤之间的时间延迟因 子h = 3. 3,积分时间△ t = IOps ;所述的皮秒激光器11选择可调谐皮秒激光器;所述滤光 元件选用旋光片。
[0054] 具体操作步骤如下:
[0055] (1)首先在激光驱动的惯性约束聚变装置光传输链中,加入径向光束匀滑装置, 选择输出光波长为λ = 808nm的可调谐的皮秒激光器11,调节其半高全宽的脉宽为Tw= 2. 2ps,脉冲峰值强度Ip= 0. 2GW/cm2;选取所述光克尔介质为石墨烯,其参数为:光克尔系 数 n2= 6 X 10 8cm2/W,厚度 d = 0· 5nm,尺寸 40 X 40mm ;
[0056] (2)将步骤(1)所述可调谐的皮秒激光器11输出的高斯脉冲耦合至径向光束匀滑 装置中光纤脉冲堆积单元12中,此高斯脉冲经光纤脉冲堆积单元12中的分束器14分成多 路子高斯脉冲;调节所述的光纤脉冲堆积单元12中多路光纤16的长度L 1,其中i表示不同 光路的光纤,使各路光纤之间的长度满足Lw-L1= c · hTw,其中c为真空中的光速,即使各 子高斯脉冲经过不同的时间延迟,最后经光纤脉冲堆积单元12中的合束器15合成为周期 性高斯脉冲,即栗浦光;
[0057] (3)在所述步骤(2)中各子高斯脉冲经各路光纤传输时,相邻子高斯脉冲之间的 延时大于3倍的半高全宽的脉宽T w,以避免相邻子高斯脉冲之间产生拍频;
[0058] (4)将所述步骤(2)中所述周期性高斯脉冲经过径向光束匀滑装置中的透镜13和 二向色镜3耦合至所述惯性约束聚变装置光传输链中;
[0059] (5)在所述步骤(4)中所述的周期性高斯脉冲经过径向光束匀滑装置中光克尔介 质4时,光克尔介质受到周期性高斯脉冲即栗浦光的作用后产生周期性的球面位相调制, 实时调制所述光传输链中的激光束的透射波前;同时,周期性高斯脉冲经光克尔介质后被 径向光束匀滑装置中滤光元件5滤除,以避免对光传输链中激光束的传输产生影响;
[0060] (6)在所述惯性约束聚变装置光传输链中种子光输出单元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和连续相 位板8,最后经聚焦透镜9聚焦到靶面10;当激光束经过步骤(5)中所述的的光克尔介质4 时,其透射波前随着光克尔介质的周期性球面位相调制而改变,即亦为周期性球面位相;
[0061] (7)在所述步骤(6)中的光传输链中的激光束经过聚焦透镜9聚焦时,由于其透射 波前为周期性球面位相,因而靶面10焦斑的尺寸也会随之周期性变化;由于周期性高斯脉 冲的半高全宽的脉宽Tw较短,其周期为数十皮秒,因而周期性球面位相的周期亦为数十皮 秒,所述靶面焦斑尺寸的变化周期亦为数十皮秒,因而实现焦斑尺寸的快速周期性变化,BP 快速周期性变焦;
[0062] (8)在所述步骤(7)中的快速周期性变焦引起靶面焦斑内部散斑在径向方向的扫 动;在较短的积分时间内,散斑在径向方向的扫动将抹平靶面焦斑的光强调制,从而提高激 光光束靶面辐照的均匀性。
[0063] 图3给出了采用可调谐的皮秒激光器11输出的周期性高斯脉冲中单个高斯脉冲 作用在实施例1中所述光克尔介质4为石墨烯上时,产生的球面位相分布。
[0064] 为方便比对,将实施例1的径向光束匀滑方法与典型的一维ID-SSD进行比对,其 中 1D-SSD 的参数按照文献(S. Skupsky, R. W. Short, T. Kessler, et al. · Improved laser beam uniformity using the angular dispersion of frequency modulated light. J. Appl. Phys. 66, 3456 (1989) ·)进行选取,即时间位相调制的调制频率ωη= 2. 5GHz,调制 深度为δ = 12,光栅色散系数为δθ/δλ=?65μπκΙ/Α(:
[0065] 图4~图7对实施例1中的径向光束匀滑方法对远场焦斑均匀性的改善效果进行 了展示,从图中所得结果充分说明了本发明所述的基于光克尔效应的径向光束匀滑方法和 装置的有效性、可行性。
[0066] 图4所示,对比了有连续相位板8时,径向匀滑方法和ID-SSD的匀滑方向及其焦 斑。其中,(a)是本发明所述的径向匀滑方法后的焦斑分布,其匀滑方向为径向,沿各个方 向都存在;(b)是典型ID-SSD后的焦斑分布,其匀滑方向为y方向。
[0067] 图5所示,对比了有连续相位板8时,径向匀滑方法、1D-SSD、径向匀滑和ID-SSD 联合使用三种方案下的焦斑分布。其中,(a)为本发明所述的径向匀滑方法后的焦斑,焦斑 内部斑纹在径向方向得到匀滑;(b)为ID-SSD的焦斑,焦斑在y方向得到匀滑,存在明显的 条纹状的光强调制;(c)为径向匀滑方法和ID-SSD联合使用后的焦斑,焦斑在径向和y方 向均得到匀滑。值得指出的是,焦斑尺寸并未明显改变。
[0068] 为了定量分析焦斑均勾性的改善程度,采用焦斑光通量对比度(Contrast)来评 价,焦斑光通量对比度越小表明焦斑均匀性越好;其公式表示如下:
[0070] 式中,I1, j (xf,yf)为(xf,yf)位置处的光强;I_ n为平均光强。
[0071] 为了定量分析束勾滑技术对焦斑内部热斑的改善程度,采用Fractional Power above Intensity(FOPAI)曲线来评价,FOPAI曲线向左移表明对焦斑内部热斑的改善效果 越好;其公式表示如下:
[0073] 式中,A为焦斑面积,Iniean为平均光强
[0074] 在对焦斑均匀性和内部热斑的改善程度进行定量分析时,针对90 %环围能量比的 区域进行计算。
[0075] 利用公式(4)和(5)对图5所示的焦斑的光强分布分别计算其光通量对比度和 FOPAI曲线,得到图6和图7。
[0076] 图6所示,使用了连续相位板8时,径向光束匀滑方法、ID-SSD下焦斑的光通量对 比度接近,束匀滑效果相当;径向光束匀滑方法和ID-SSD联合使用下焦斑的光通量对比度 明显减小,束匀滑效果得到较大改善。
[0077] 图6所示,使用了连续相位板8时,径向光束匀滑方法和ID-SSD联用下焦斑的 FOPAI曲线向左移,表明相比于其他两种光束束匀滑方案,焦斑内部热斑明显减少,束匀滑 效果得到较大改善。
[0078] 利用公式(4)、(5)计算使用了连续相位板8时,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,在不同栗浦光峰值强度下焦斑的光通量对比度, 得到图7(a)所示;通过计算使用了连续相位板时,径向光束匀滑方法、1D-SSD、径向光束匀 滑方法与ID-SSD联合使用的三种方案下,在不同的积分时间At
当前第3页1 2 3 4 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1