终端靶场中相位畸变对近场光束质量的影响

终端靶场聚焦系统中的光学元件上存在不可避免的缺陷致使光场波前发生畸变,根据高功率激光装置终端靶场系统中强光束传输的特点,建立了描述光学元件引入的局域相位调制的模型,研究了终端靶场中具有高斯型相位波前畸变的平顶光束经过透镜会聚,并在后续防溅射板等熔石英介质中经历非线性增长的传输演变过程,详细分析了高斯型相位波前畸变、熔石英厚度和透镜焦距对终端靶场聚焦系统中的近场光束质量的影响。结果表明,高斯型波前畸变越严重、熔石英厚度越长、透镜焦距越短,近场光束质量越差,中高频增长越多。

光学元件表面缺陷相对位置分布对近场光束质量的影响

针对高功率激光装置,光学元件表面不同分布形态的多个缺陷引起的子光束,在传输过程中会相互干涉叠加,引起光束质量发生复杂变化,因此有必要对缺陷的相对位置关系加以规范。基于光的衍射传输理论,研究了光学元件表面存在不同空间分布的划痕时光场调制的变化,以及划痕深度对调制光束近场分布的影响。结果表明,元件前后表面存在平行或垂直划痕时均会比单一划痕产生更加严重的光束调制,最大调制度可增至1.5倍,且划痕具有更严格的深度要求。研究结果为光学元件图形制备标准的补充及高功率激光装置大口径光学元件表面缺陷指标的确定提供了重要参考。

色分离光栅对光束近场调制影响实验研究

介绍了一种用于惯性约束聚变研究的CSG衍射光栅研制情况,衍射光栅的制作采用离子束刻蚀的方法,光栅刻蚀面积为80mm×80mm。利用星光Ⅱ高功率固体激光装置实验平台对光路中插入衍射光栅后的光束近场调制变化进行了实验测试。实验结果表明,在低功率密度条件下(0.005GW/cm2)光路中插入CSG衍射光栅后,光束近场调制度没有明显的增加,相对于光束本身的调制来说,由光栅带来的调制为细微的小量调制。

90°石英旋光片和光楔在聚焦光束近场质量测量中的应用

在高功率激光近场光束质量的测量中,光楔起着重要的作用。针对聚焦光束近场质量的测量须满足大倍率衰减和共轭测量的要求,提出"大角度成对使用光楔并利用90°石英旋光片"的测量方法,并通过实验验证了该方法能真实地测量出近场光束质量。这种测量方法对于近场光束质量尤其是聚焦光束近场质量的测量具有参考价值。

高功率激光装置光束精密调控性能研究进展

光束精密调控是惯性约束聚变(ICF)研究对激光驱动器的基本需求,它是一项装置层面的系统工程。主要介绍了中国工程物理研究院激光聚变研究中心近年来在靶面光强控制、脉冲波形控制、光束近场控制以及在新型光束探索方面所取得的重要进展。

超高斯光束在超短脉冲激光系统中的传输

为了增大光束的填充因子及提高放大器的能量转换效率,设计了一种新型的空间4程放大器, 该放大器包括四组由凹面镜组成的空间滤波器,它们构成一个全像传递系统。由于有实焦点,放大器置于真空 系统中。放大前,入射的高斯光束首先通过一个软边光阑和一个空间滤波器,被整形为高阶超高斯光束,然后 在放大器中进行放大和像传递。钛宝石晶体置于各空间滤波器的像面和物面上。实验表明,该放大器结构稳 定,可以保持良好的光束质量,远场焦斑达到近一倍衍射极限。

光纤端面衍射场光束参数及其测量

基于非傍轴标量光束的传播理论和横截面上光强的精确描述 ,分析了光纤端面衍射场光束特征参数的解析表达式 ,并与傍轴近似条件下的结论进行了比较 证明了傍轴近似对于弱导光纤的合理性 ,但是随着光纤相对折射率差Δ增大 ,傍轴近似由于忽略了衍射角度 ,远场发散角角半径和M2 因子比考虑衍射角度时偏小 最后提出了一种可行的实验测量光束参数的方法 ,这种方法没有忽略衍射角度影响 ,从理论上说 。

基于空域评价和分布统计的高功率激光装置近场状态分析方法

惯性约束聚变高功率激光驱动器优质的近场分布是提升装置输出性能的关键。研究了高功率激光装置基频近场状态的分析方法,利用统计光学理论,获得了近场通量分布的概率密度函数及其近似表达式,近场的统计特性反映出其整体分布特征及其变化原因,由于信号通量和噪声通量可以用于描述理想的光束分布及扰动,近场分布信噪比能更显著地反映光束受扰动影响的程度;提出并验证了局部对比度和局部调制度的应用可行性,即能够定位近场异常区域并分析其状态演化;通过近场光束的通量统计研究了高通量点的演化过程,提供怀疑发生损伤的区域,并对高通量点与信噪比之间的指数模型提出了对比度的控制要求。研究结果为装置在高功率激光辐照下的安全运行提供了理论基础和实验支撑,提出了新的近场状态评估方法,对装置维护和运行策略调整起到一定的指导作用。

划痕型缺陷对光场质量的影响

为了研究高功率激光系统中划痕型缺陷对光场质量的影响,采用分步傅里叶算法对非线性近轴波动方程进行求解,模拟分析了不同划痕参数(长度、宽度、深度)下,元件内部、光束近场、元件后传输光场以及光束远场的光强分布情况。数值模拟结果表明:随着划痕长度、宽度或深度的增加,元件内部以及元件后传输光场的峰值强度和对比度均会相应增强;光束近场的光强对比度也会略微增大;对于光束远场的强度分布,与划痕宽度方向所对应的频谱能量会不断增强。该项研究工作可以为划痕检验标准的制定提供一定的定量分析依据。

Fabrication of Windowed Very-Small-Aperture Laser Diodes

A windowed very small aperture laser (VSAL) source for use in high resolution near field optical data storage is fabricated.The windowed regions are introduced to avoid shorting the pn junction with metal coating and suppress the COD effect.It facilitates producing VSAL by simplified technology and improves the laser performance.A VSAL with 400nm small aperture is demonstrated by focused ion beam (FIB) and the output power is 0 3mW at 31mA.

用于光束周期性调制补偿的相位载波技术研究

针对影响高功率激光系统输出性能的空间周期性调制,提出并分析讨论了一种新的基于相位载波灵活补偿控制的方法。首先,理论分析了本文方法对空间周期性调制的空间频率的控制,通过改变相位载波的幅度调节空间频率的强度,并且对于振幅型周期性调制,相位载波的周期可以改变空间频率强度极大值的位置。然后,进行了相位载波对振幅型周期性调制的空间频率影响的实验,实验结果和数值模拟验证了该方法的可行性,并对加载相位载波前后的输出近场图及对应的一维平均功率谱密度曲线进行了对比,加载相位载波后,空间频率的峰值下降了一个量级,并降低到了本底值附近。该方法为高功率激光系统中敏感的空间周期性调制的补偿和控制提供了一个新的思路。

高功率激光系统中缺陷引起的近场调制分析

高功率激光装置中通过测量光束强度分布来评价近场光束质量。然而测量结果为一稳态分布,并不能真实反映经噪声扰动后光束的强弱调制演变特性,可能会忽略传输过程中存在的调制较为严重的区域。针对此问题着重研究了光束经噪声扰动后的近场传输演化特性,进而对近场分布测量的局限性进行深化理解和补充。同时,为简化分析单因素局部缺陷影响下不同传播距离处的近场分布变化规律,引入等效菲涅耳数来表征近场强度调制特性。结果表明,当实测近场分布中存在较弱调制信息时,测量位置之前可能存在更为严重的调制区域。以调制为π的相位型缺陷为例,其最大调制相对于入射光强度可增大9倍。

湍流大气对量子密钥分布系统性能的影响

自由空间量子密钥分布系统是全球性量子保密通信的关键组成部分之一。因此研究湍流大气信道对量子密钥分布系统性能的影响就非常重要。使用光束近场传播和统计分析的方法定量分析了湍流大气信道对基于BB84协议的自由空间量子密钥分布系统的误码率的影响。数值计算结果表明,大气衰减系数超过-3dB/km时,大气衰减对量子密钥分布系统的误码率影响很大;在大气传输因子小于0.5的区域,系统误码率比无湍流影响时的系统误码率高出一个数量级。