心的距离，其与激光脉冲的光束口径、光 束空间排布匹配，f为激光脉冲5的像点与全息光栅3中心的距离。
[0044] 所述点光源设置为离轴结构，其离轴角度Θ为10-20°，全息光栅3采用离轴设计，有 助于将-1级衍射光与〇级透射光分开，同时，不同波长的激光脉冲5经全息光栅3衍射后，能 够在空间的传输方向上分离，所述全息光栅3对激光脉冲5可以同时实现聚焦、色分离和动 态聚焦的功能，所需光学元件少，实现功能多。
[0045]当λ = λ:时，波长为λ:的激光脉冲5的像点与全息光栅3中心的距离为f i，则
当入=\2时，波长为\2的激光脉冲5的像点与全息光栅3中心的距离为f 2,则
随着波长增大，像点与全息光栅3中心的距离减小，则激光脉冲5的波长从心增 大到λ2产生的相对变焦量△ f为：
[0046]所述波长为λ的激光脉冲5在靶丸形成的焦斑尺寸为d，其在焦点形成的焦斑尺寸 为个，所述d与的关系表达式为：
[0049] 根据靶丸压缩变化过程中对焦斑尺寸的变化要求，求得λ，其中，D为全息光栅3的 有效通光口径。
[0050] 由上述可见，焦斑尺寸d随着波长λ增大而减小，与传统的组束动态聚焦方法相比， 本发明产生不同尺寸焦斑的数量更多，由于焦斑本身的尺寸非常小，现有的测量仪器可以 对波前变化做比较精密的测量，但无法直接对焦斑尺寸做精密的测量，而波前是描述激光 脉冲5传播过程的会聚或分散情况。因此，沿着激光脉冲5的传输方向，所述全息光栅3的一 侧设置有波前探测器4,所述波前探测器4与全息光栅3中心的距离为S，且S = f2,所述波前 探测器4对焦斑的实际波前变化进行测量，结果显示焦斑逐渐由离焦状态转化为不离焦状 态，焦斑波前逐渐会聚，此过程与靶丸压缩变化过程匹配。
[0051]根据几何光学中的成像关系式：
·其中，u、v分别表示物距和像距，当激 光脉冲5存在像差时，即光束的波前分布不同时，所述激光脉冲5的波长从1:增大到λ2产生的 理论最大波前变化为A L
，由此可见，A L与△ f的变化趋势相同，所述实际 波前变化的最大值为L，将L与△ L进行对比，考虑到波前探测器4及实验精度的误差，若Δ ?ο. 02μπι < L < △ L+0.02μπι， 说明 焦斑的实际波前变化与理论波前变化一致 ，靶丸处焦斑的尺 寸变化与靶丸压缩变化过程匹配。
[0052] 实施例二：
[0053]本实施例中与实施例一相同的部分不再赘述，不同的是：
[0054]本实施例中为匹配靶丸的压缩变化过程，要求靶丸处焦斑的设计尺寸由415.796μ m减小到226.461μπι，焦斑减小了45.5%。
[0055] 所述激光脉冲5的光束口径为36mm X 36mm，所述全息光栅3的尺寸为40mm X 40mm， 其有效通光口径D = 45.664mm，其采用λ〇 = 1 〇53nm的激光脉冲5记录而成，根据几何光学及 激光脉冲5的光束口径、光束空间排布因素，优选fo = 400mm。
[0056]
.，:得出λ【=1052 · 462nm，A2= 1053 · 23nm， 所述靶丸的压缩变化时间为3ns，则所述位相调制器的位相调制频率为0.256nm/ns，则所述 激光脉冲5的波长从1052.462nm增大到1053.23nm所需的变化率为0.256nm/ns，所述波前探 测器4与全息光栅3中心的距离为S = 400mm，所述点光源的离轴角度Θ为10°，则f1 = 400 · 204mm，Δ f = 291 · 823μηι，Δ L = 0 · 7288μηι。
[0057] 通过所述波前探测器4对焦斑的实际波前变化进行测量，本实施例中进行了三组 测量，测量结果如图2-4所示，在图2中，实际波前变化最大值1^ = 0.73以!11，在图3中，实际波 前变化最大值L2 = 0.73ym，在图4中，实际波前变化最大值L3 = 0.74ym，并且均位于 Δ L±0.02μπι范围内，说明焦斑的实际波前变化与理论波前变化一致，靶丸处焦斑实现动态 聚焦，并且所述焦斑的动态聚焦过程与靶丸压缩变化过程匹配。
[0058]以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能 限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围 内。
【主权项】
1. 一种单光束动态聚焦方法，其特征在于：由激光源发射激光脉冲，所述激光脉冲经过 全息光栅聚焦到祀丸，所述激光脉冲的波长呈增大趋势变化，且所述波长的变化范围与祀 丸压缩变化过程中焦斑尺寸变化匹配。2. 根据权利要求1所述的一种单光束动态聚焦方法，其特征在于:所述激光源与全息光 栅设置为同光轴结构，所述激光脉冲的波长为入，所述入由入1增大到入2,且0.5nm<A2-入1< 1.5nm〇3. 根据权利要求2所述的一种单光束动态聚焦方法，其特征在于:所述激光源处设置位 相调制器，所述祀丸的压缩变化时间为n，则所述位相调制器对波长的调制频率为4. 根据权利要求3所述的一种单光束动态聚焦方法，其特征在于:所述全息光栅的制作 过程包括W下步骤： (1) 选用烙石英作为基底，在基底上均匀涂上光刻胶； (2) 采用波长均为Ao的平行光和点光源在光刻胶表面干设，且Ao为所述激光脉冲的中屯、 波长，经过显影刻蚀操作，完成全息光栅的记录过程，且、含Ao <入2 ; (3) 将波长为A的激光脉冲从全息光栅的背面入射，当A = Ao时，在所述点光源位置出现 与其相同的像点，当时，所述激光脉冲在不同的焦距处聚焦成像点，且，其 中，fo为所述点光源与全息光栅中屯、的距离，其与激光脉冲的光束口径、光束空间排布匹 配，f为激光脉冲的像点与全息光栅中屯、的距离。5. 根据权利要求4所述的一种单光束动态聚焦方法，其特征在于:所述点光源设置为离 轴结构，其离轴角度e为10-20°。6. 根据权利要求5所述的一种单光束动态聚焦方法，其特征在于：当A = Ai时，波长为入1 的激光脉冲的像点与全息光栅中屯、的距离为fi，则.；当^ = ^2时，波长为A2的激光 脉冲的像点与全息光栅中屯、的距离为f2,则，则激光脉冲的波长从、增大到入2产 生的相对变焦量Af为： A7. 根据权利要求6所述的一种单光束动态聚焦方法，其特征在于:所述波长为A的激光 脉冲在祀丸形成的焦斑尺寸为d，其在焦点形成的焦斑尺寸为(T，所述d与(T的关系表达式 为：简化得根据祀丸压缩变化过程中对焦斑尺寸的变化要求，求得A,其中，D为全息光栅的有效通 光口径。8. 根据权利要求7所述的一种单光束动态聚焦方法，其特征在于:所述激光脉冲的波长 从入1增大到^2产生的理论最大波前变化为A L，则9. 根据权利要求8所述的一种单光束动态聚焦方法，其特征在于:沿着激光脉冲的传输 方向，所述全息光栅的一侧设置有波前探测器，所述波前探测器与全息光栅中屯、的距离为 S，且S = f 2，所述波前探测器对焦斑的实际波前变化进行测量。10. 根据权利要求9所述的一种单光束动态聚焦方法，其特征在于:所述实际波前变化 的最大值为L，将L与A L进行对比，若A k0.0 2皿< L < A L+0.02WH，说明焦斑的实际波前变 化与理论波前变化一致，祀丸处焦斑实现动态聚焦，并且所述焦斑的动态聚焦过程与祀丸 压缩变化过程匹配。
【专利摘要】本发明涉及一种单光束动态聚焦方法，属于激光设备技术领域，包括由激光源发射激光脉冲，所述激光脉冲经过全息光栅聚焦到靶丸，所述激光脉冲的波长呈增大趋势变化，且所述波长的变化范围与靶丸压缩变化过程中焦斑尺寸变化匹配，本发明通过全息光栅对激光脉冲同时实现聚焦、色分离和动态聚焦的功能，所需光学元件少，实现功能多，与传统的组束动态聚焦方法相比，本发明产生不同尺寸焦斑的数量更多，焦斑的变化过程与靶丸压缩变化过程更加匹配，具有易于操作、可实现化程度高的特点，不存在短脉冲放大饱和降低激光系统输出能力的问题。
【IPC分类】G02B27/09
【公开号】CN105589204
【申请号】CN201610151389
【发明人】黄小霞, 袁强, 胡东霞
【申请人】中国工程物理研究院激光聚变研究中心
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2016年3月16日