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18luck官网登录网址:高功率激光装置光束质量检测新方法

发布者: 18luck官网登录网址 | 娱乐发布时间:2020-10-15

光束质量作为激光器的最重要性能评价指标之一,仍然是激光光学领域的一个研究热点。众所周知,美国劳伦斯·利弗莫尔实验室的“国家点火装置”(NIF)是目前最大规模的光学工程项目。早于在上世纪70年代,劳伦斯·利弗莫尔实验室就创建了Argus、Shiva等装置,这些惯性约束核聚变激光驱动装置都是通过空间滤波器展开像传送,最后展开探讨射击训练的激光装置。激光束质量检测参数:将近场、远场和波面空间滤波器是个较低通滤波的4f系统,通过其像传送是为了防止光束传输引进调制幅度过大的菲涅尔散射的环,在随后的缩放介质及其它光学元件中产生自聚焦受损。

空间滤波器的起到就是为了提高激光束的质量,严苛来讲每个像传送节点必须监测将近场(像传送面附近光束强度产于)和远场(像传送面光束传输到无穷远处的光束透射产于)。另外,空间滤波器的输入输出波面是确保其基本性能的最重要参数,以前的激光装置光学元件口径较为小,波面主要不受光路光束的影响。图1空间滤波器像传送示意图随着光学元件口径减小,生产装校引进的像劣、中频波纹等波面误差不会影响近场与远场产于,因此监测光束质量必须顾及将近场、远场和波面参数才完善,如能检测同一时刻同一方位的三个参数则最理想。

激光束随着传输方向通过一个个光学元件,波面也随着光学元件波面误差及散射效应变化,近场和远场不受同一方位的波面畸变影响,唯有“慧眼”识得其“真面目”。神光装置的激光束空间参数检测激光参数检测预示着神光系列装置的发展,从神光I装置开始就展开了较完善的激光参数测量,其中就还包括激光束空间参数检测——将近场、远场和波面。

20年前神光II研制过程中,更进一步优化的将近场仪和远场仪对合理光路化学键及光束质量监测与掌控起着了最重要起到。神光II装置近场仪18luck官网登录网址 | 娱乐:使用了高灵敏度科学CCD照相机,被测光束横截面方位与CCD照相机接管面物像共轭。

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仪器设计在大幅波动透射的情况下确保对被测光束透射产于的线性号召,波动片人组与不镀膜楔板桥接反射镜提高了仪器的量程范围,使用三级暗箱隔绝以避免氙灯光与杂散光的阻碍,减少了背景噪声。数据处理引进光束填满因子作为将近场产于的评价参数,叙述的是光束几何体积与光束峰值为低包含的长方体体积的比值。将近场仪的监测使神光II装置光路严苛按像传送化学键,大大改良了其光束质量。

神光II装置远场仪:使用长焦透镜光学缩放测量远场主瓣产于,并使用纹影法阻挡焦斑中心点测量远场旁瓣。由于光束将近远场监测的起到,神光II装置长期保持较好的光束质量:将近场填满因子50%以上、远场焦斑95%能量在三倍散射无限大内(图2),这使得神光II装置至今平稳运营了16年。图2神光II装置将近场(a)、远场(b)分布图高功率激光驱动器光束检测的方法与难题惯性约束高功率液体激光驱动装置光束质量执着方形平顶高斯分布的近场以便提高增益介质的能量萃取效率,减少传输中非线性效应引发的光学元件毁坏风险,增大散射引发的光束调制;执着能量集中度低的远场产于,防止射击训练时木栅孔并提升电离辐射能量。

由于装置中光学元件不存在波面误差及其对光束传输的扰动,将近远场产于无论如何挣脱没法波面畸变的影响。因此,其激光束空间产于检测的参数主要有近场强度产于、远场特性以及涉及的波面畸变,即体现了装置特定方位的光束始振幅产于特性。高功率激光驱动器将近场测量广泛使用像传送系统缩束光学,光学畸变就越较低,分辨率越高,获得将近场产于的频率成份就越少,但几乎健感叹不有可能的,对于大口径将近场产于而言,大于mm尺度的平缓难以线性光学或无法测量。而远场测量保真度则更加无以了,主要难题是:1)测量的动态范围大精度高(动态范围4个量级以上);2)是位互为畸变的不确定性导致实际远场方位的不确认,测量时难以估算离焦量。

目前各装置报导的必要测量远场方法使用“主瓣”、“旁瓣”分离出来测量的方法可解决问题第一个难题。但解决问题第二个难题并没最佳的方案。只不过解决问题远场测量的第二个难题的最差方法是提供高分辨率的波面产于,根据远场和近场、位互为之间的关系计算出来出有最佳远场方位。

波面的测量毫无疑问比近远场测量艰难多了,常用的哈特曼光阑传感器测量方法不能号召低频波面,对于波面的中高频成份无法测量。剪切干预方法虽然从神光I装置就开始用于,国内外也广泛使用此方法测量激光束波面[8-11],但调整到限于量程可玩性低,单幅干预图解算数容易,测量分辨率和精度并不理想。

图3大口径激光束波前在线精密测量(a)是正在用作实际测量的系统照片,主要部分意味着还包括一块随机振幅版和一个CCD,结构十分灵活。(b)是一块USAF1951分辨率板被摆放在光束汇集透镜的后表面时,所测量到的近场束强度像,借此可以显现出分辨率在1.5mm左右,远高于哈特曼传感器的分辨率。

(c)和(d)是分别用干涉仪和所研制的测量设备对同一块光学平板展开测量时所获得的入射函数,对比可以找到二者合乎的较好。所研制的测量设备目前所超过的测量精度大约为十分之一波长,这对于激光驱动器的在线波前检测来说早已十分理想。在首届中国军民两用技术创新应用于大赛获得金奖的高功率激光物理牵头实验室刘诚研究员和朱健强研究员团队研制的“新型激光光束光场在线测量仪”以波前分束编码光学为基本技术,构建了光束始振幅的必要测量,能同时取得光束同一方位的光场产于和波面,为高功率激光装置光束质量检测获取了新的方法。

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