高带宽压电片变形镜的动力学仿真与优化方法研究

为进一步提高压电波前校正器的响应速度和轻量化程度,对面向高动态形状控制的压电片变形镜的动力学仿真与优化方法进行了研究。首先,基于压电片变形镜的参数化有限元模型,提出了高效、高精度的电-力耦合动力学仿真分析方法。然后,通过正交遍历多维设计参数(光学反射镜与压电陶瓷的材料类型、几何尺寸和固定方式等),探究了不同参数对压电片变形镜动态形状控制性能的影响规律。最后,优化得到具有预期响应带宽和驱动位移性能的压电片变形镜设计方案,并通过制备压电片变形镜的原理样件来验证其性能。实验结果表明,所研制的压电片变形镜的固有频率和镜面驱动位移幅值符合预期,验证了所提出的动力学仿真与优化方法的有效性,这可为高带宽压电片变形镜的高效研制提供科学的理论方法。

利用分形法表征光学元件中高频相位畸变

针对神光Ⅲ主机装置使用的光学元件,基于分形理论,分析中高频相位畸变的统计分布特征,指出其满足分数布朗随机场,并利用结构函数法对分形维数进行计算,统计结果显示,大口径钕玻璃片的分形维数在2.34～2.43之间。利用局部稳态的随机中点位移法,提出一种新的表征光学元件相位的方法,将分形维数作为参数,可衡量中高频相位畸变,对高功率激光光学元件的评价有参考意义。

晶体角度跟随三倍频效率控制技术

基于推导的倍频晶体匹配角与温度关系的理论分析,揭示了温度对频率转换过程影响的热光物理机制。数值模拟了频率转换过程中二倍频与三倍频晶体的匹配角热敏感性。由于不同晶体材料热敏感性的差异性,实验获得了激光装置中所用晶体材料的匹配角随温度变化的关系曲线。理论分析了不同输入功率密度情况下匹配角失谐对三倍频过程的影响,并在线验证了温度变化导致匹配角失谐,进而引起三倍频转换效率的下降。根据实验获得的晶体匹配角的热敏感性参数,提出利用晶体角度跟随方法进行三倍频转换效率补偿,实现了三倍频能量的稳定输出。

SG-Ⅲ原型装置数十nm宽带数kJ输出能力评估

利用现有窄带激光传输模拟软件sG99和宽带激光传输模拟软件cPAP，以及自编的一维光脉冲传输放大的逆算程序，评估了原型装置在主放基本结构不动的情况下激光脉冲由窄带改为宽带，实现数十nm宽带条件数kJ的输出能力。宽带下增益窄化效应显现，对光谱增益窄化补偿也进行了研究。结果表明，为了补偿增益窄化效应，在3J主放注入能量下通过对光谱整形可满足系统2000～3000J的输出，但损失约40％的注入能量。考虑到这一因素，预放级至少要有5J的输出能力。研究结果指导了数十nm宽带倍频激光驱动实验系统研制实施方案。

高功率激光装置的线性传输特性

在菲涅耳数的基础上重新定义了衍射特征量,并将其定义扩展至聚焦或发散光路,定义了一个光学系统中各光学元件衍射特征量的符号。通过全新的定义和扩展,研究了波前畸变对近场调制度的影响以及正弦调频光谱色散平滑光束衍射传输引入的幅频调制的大小。以神光-Ⅲ主机主放大级为例,研究了元件波前畸变对近场调制度的影响以及正弦调频光谱色散平滑光束衍射传输引入的幅频调制的大小。衍射特征量与能流分布F相结合,可以作为评价高功率激光装置线性传输效应的一项受限指标,指导高功率激光装置的设计。

高功率光学元件校正波前的梯度均方根指标

对高功率固体激光装置中,光学元件波前经过变形镜校正后的梯度均方根指标开展了研究。建立了变形镜校正效果的等效分解方法,分析了校正波前的部分相干叠加特性,对校正波前的梯度均方根与焦斑尺寸的对应关系进行了研究。解决了在有变形镜校正时,如何制定元件波前梯度均方根指标的问题。研究结果对高功率固体激光装置的光学元件波前指标制定有指导意义。

增益导引折射率反导引大模场光纤激光器特性分析

为了研究增益导引折射率反导引光纤激光器的功率分布及输出特性,根据此类光纤的结构原理和特点,建立了端面抽运的增益导引折射率反导引光纤激光器的基模光速率方程,推导了避免激发高阶模的增益阈值判决条件,并运用弦切法和Runge-Kutta法数值求解了该速率方程,分析了光纤长度、腔镜反射率等参量对基模输出功率的影响。采用芯径为100μm、折射率差为-0.00094、掺杂Yb^(3+)浓度为5×10^(26)/m^3的增益导引折射率反导引光纤构建激光器时,要使得整段光纤不激发高阶模,需使光纤长为3cm、两腔镜反射率为0.98和0.3,当抽运功率为30W时,可获得2.42W的大模场单模输出,斜率效率约为8.1%。结果表明,优化设计腔镜反射率和光纤长度后,采用较短的大模场高掺杂增益导引折射率反导引光纤可获得一定效率的基模输出。

Impact of Spectral Filter on Phase Modulation Pulse in Fiber Front End System

The transmission characteristics of phase modulation pulse transmitted through the filter in the power amplifier are investigated theoretically and experimentally.The narrow bandpass filter can induce large temporal modula-tion depth for the phase modulation pulse and induce double amplitude modulation(AM)if the frequency shift is lower than half bandwidth of the signal spectrum.We should choose a wider bandwidth filter to minimize the impact of the filter on the output pulse and suppress the amplified spontaneous emission(ASE)for the power fiber amplifier.These results are of benefit to the design of the fiber front end system.

贵阳市花溪区主栽草莓品种及关键生产技术

花溪草莓产业已成为当地农户增收致富的主要产业,但生产中仍存在许多问题。基于此,课题组系统总结了花溪区草莓主栽品种以及育苗、定植、病虫害防治等技术,详细分析了草莓产业栽培技术、品牌运作、绿色发展和产业结构等方面存在的问题,提出了草莓设施化发展、强化品牌、产业融合等发展对策建议,以助推当地草莓产业健康可持续发展。

利用晶体相位板同时实现焦斑整形和偏振匀滑

提出了一种新方法,采用单轴晶体制作相位板,可同时实现对惯性约束聚变激光驱动器靶点焦斑的整形和偏振匀滑.采用标量衍射方法分析了晶体相位板的原理,从焦斑的分布特征出发求解晶体的最佳面形.在某装置参数条件下,对晶体相位板的应用效果进行了数值模拟.结果表明,在特定的晶体切割角度和面形条件下,晶体相位板能够对靶点焦斑进行有效的整形和匀滑,其效果与连续相位板和偏振匀滑晶体的组合相当.

会聚光束中偏振匀滑的远场特性分析

靶点激光焦斑的偏振匀滑是激光聚变驱动器的关键技术。建立数学模型,对会聚光束中的偏振匀滑进行理论分析。指出该技术在光束远场纵向的匀滑效果,推导激光远场横向分离量和纵向分离量分别与偏振匀滑晶体厚度和倾斜角度的关系。通过数值模拟,给出了激光远场焦斑形态参数与晶体参数之间的关系曲线。结果表明,当晶体厚度和偏转角度取特定范围时,焦斑可以得到最佳的匀滑效果。

采用光谱色散平滑和连续相位板实现靶面均匀辐照的实验研究

为了改善高功率激光装置的靶面辐照均匀性,在神光-Ⅲ原型装置的一路光上开展了结合光谱色散平滑(SSD)和连续相位板(CPP)的高通量实验研究.实验基于调制频率9.2 GHz的体相位调制器开展,输出的相位调制脉冲光谱展宽稳定,脉冲波形顶部剩余调制很小.结果表明SSD色循环数为1时预放和主放各级空间滤波器过孔顺利,包含焦斑95%能量的通量对比度由窄带时的1.71下降到加SSD和CPP时的0.47.三倍频光脉宽1 ns,能量1115 J时,CPP和终端光学组件元件未见损伤.通过实验解决了在高功率激光装置上采用SSD和CPP进行靶面均匀辐照的若干关键技术,为将其应用于物理实验奠定了坚实基础.

基于焦斑空间频率全域优化的偏振匀滑设计

偏振匀滑是利用光束偏振特性降低焦斑对比度的一种技术,它最大可降低焦斑对比度为原来的1/2.焦斑的频谱分析显示,传统楔形晶体的偏振匀滑对焦斑对比度的改善只集中在某些特定的空间频率,本文因此提出了一种可全域降低焦斑空间频率的偏振匀滑方法,它采用单轴晶体对入射光的角度不同而产生的相移不同的方法,实现激光两种正交偏振态在靶点的分离.理论分析和数值模拟表明,新方法可以实现焦斑空间频率中高频段的全频域降低,焦斑对比度也可同时达到1/√2的最大程度的改善.分析了连续相位板作为新方法引入激光入射角分布不同的条件,确定了刻蚀连续相位板面形的晶体同时实现焦斑整形和偏振匀滑的边界条件.

高功率激光装置主放大器的增益稳定性研究

高功率固体激光装置主放大器是能量提取最多的一个环节,它受环境影响因素较多,难以建立考虑各因素影响的微观模型。目前,国内外还没有主放大器增益的精确预测模型和实验数据分析报道,现有预测模型较为粗糙。从统计角度对高功率激光装置主放大器增益的变换规律进行了分析,指出宏观上3种不同特点的增益变化,分别为增益的低频演化规律、增益随日运行发次的变化规律及增益的高频稳定性特性;并由此建立了包含权重因子的主放输出预测模型。通过神光Ⅲ原型装置的运行数据对建立的模型进行了考核,结果显示,与以往的单一发次的递推模型相比,新模型对增益预测的准确性可提高1倍。研究结果对大型固体激光装置的高效运行具有指导意义。

基于集束多频调制的光谱色散匀滑技术

在激光驱动惯性约束聚变研究中,激光等离子体相互作用是影响点火的重要原因之一;为了抑制激光等离子体的不稳定性,诸多光束匀滑技术应运而生,并得到广泛应用。为了获得更匀滑的焦斑,提出集束多频调制光谱色散匀滑(SSD)技术,并对其进行了理论研究;该技术采用多束激光集束聚焦打靶,利用单频调制单光束,利用不同的频率调制不同的子束。结果表明,该技术可以有效抑制多光束干涉导致的强度调制,改善了远场光强分布的均匀性,并且在采用更接近实际情况的色循环数时,具有比传统多频调制SSD技术更好的匀滑效果。

高功率固体激光装置的B积分判据探究

B积分判据自从建立后,一直是大型激光驱动器控制非线性效应的基本设计判据。综述了针对国家点火装置建立两个B积分判据的实验过程和模拟过程,解释了B积分判据的原理和产生条件,指出了B积分判据的适用性以及存在的问题,得出了两个B积分判据并不完善的结论。要准确地确定适用于当前大型高功率固体激光装置的B积分判据,应当综合考虑当前激光装置的实际条件,开展相应的实验和模拟。

空间光强分布不均匀对二阶单次自相关脉宽测量的影响

为研究空间光强分布不均匀对二阶单次自相关脉宽测量的影响,分析了二阶单次自相关测量脉宽的原理,重点讨论了周期性调制和局部暗区/强区对脉宽测量的影响,用数值模拟的方法分析了不同调制形式以及不同调制度可能引起的测量误差,并进行了初步的实验验证。结果表明,当近场空间光强分布有周期性条纹状调制时,在一定范围内条纹越稀疏,调制度越大,CCD的测量值偏差越大;当近场有局部暗区(强区)调制时,在暗区宽度不大的前提下,暗区宽度越宽或强区宽度越窄,调制度越大,CCD的测量值偏差越大。

小宽带光谱色散匀滑光束传输特性研究

利用激光聚变研究中心自主开发的小宽带传输放大软件对小宽带光谱色散匀滑(SSD)光束进行具有"时间、空间、光谱分辨"的传输模拟,研究了SSD光束通过空间滤波器和自由空间的传输特性.给出了时间、空间、光谱的对应分布图,对比分析了SSD光束与非SSD光束的传输效应.研究结果对于合理设计SSD光束的发散角与空间滤波器小孔之间的匹配关系、选择适宜的调制频率,以及选择束匀滑色循环数等都有重要意义,同时对于光路设计特别是细光束自由传输距离的设计具有指导意义.

“强度扫动”光束匀滑特性的理论研究

理论阐述了光谱色散匀滑(SSD)技术的物理内涵,即SSD的焦斑匀滑效果来源于远场基元电场相位随时间的演化,在实际应用中不存在"运动"焦斑的物理图像。在此基础上,建立了远场强度分布形式不变但空间位置随时间变化的"强度扫动"光束的理论模型,通过数值模拟研究其匀滑特性,并与SSD的匀滑效果进行了对比分析。

大口径钕玻璃多程激光系统饱和放大特性研究

为研究大口径N31钕玻璃多程激光系统的储能与激光通量和损耗的关系，根据激光放大理论解析解阐述了理论上的最大抽取效率和影响因素；提出采用集中损耗近似方法分析钕玻璃多程激光放大系统的初始储能分配特性（抽取能量、体损耗和剩余储能），数值模拟表明在目前的增益和损耗条件（小信号增益系数约为0.05 cm^-1，动态吸收系数约为0.004 cm^-1）下当输入激光通量约为3.5倍饱和通量时可获得最大抽取效率；以典型实验结果为例，利用经过实验考核的传输放大模型给出了大口径N31钕玻璃系统中各钕玻璃片的抽取能量/抽取效率，激光通量与饱和通量的定量关系：在19.5 kJ/5 ns/1053 nm输出点，单片最大抽取能量约为1.4 kJ，此时累计输入激光通量约为3.3倍饱和通量，系统输出效率约为51%（相对光束口径内储能）。