高功率激光系統(tǒng)中的光束全息控制.pdf

1、用于慣性約束聚變(ICF)研究的高功率激光驅(qū)動器是復(fù)雜、大型的科學(xué)工程，其主要的科學(xué)技術(shù)問題可歸納為兩大類：一是能量轉(zhuǎn)換問題，涉及“能量流”的轉(zhuǎn)移和傳遞規(guī)律，決定了系統(tǒng)的效率和規(guī)模，主要是“量”的問題；其二是激光束控制問題，涉及“信息流”——激光光場各參數(shù)在輸運過程中的變化規(guī)律和控制技術(shù)，決定了系統(tǒng)的性能參數(shù)和指標，主要是“質(zhì)”的問題。 本論文著重于高功率激光系統(tǒng)的光束控制研究。以表征激光束特性的時間、振幅、光譜、位相等四個信息

2、參量為對象，創(chuàng)新性地研究了脈沖時域整形技術(shù)、光強空間整形技術(shù)、光譜角色散技術(shù)和波前控制技術(shù)。首次提出并實現(xiàn)了啁啾脈沖堆積型的時間波形任意整形；液晶光閥可編程光強空間整形；特殊光柵光譜角色散焦斑束平滑和小尺度波前畸變的探測和補償，從而對高功率激光系統(tǒng)的激光束實現(xiàn)了高精度、可編程、有效的“全息”控制。為提升新一代高功率激光系統(tǒng)的技術(shù)水平和性能指標提供了科學(xué)技術(shù)的支持。相關(guān)研究成果已撰寫論文10余篇，授權(quán)專利1項。 本論文的主要內(nèi)容與

3、研究成果如下： 1、基于光學(xué)方法實現(xiàn)激光脈沖波形時域整形的研究。 提出以啁啾脈沖堆積方法實現(xiàn)激光脈沖波形高精度整形的技術(shù)路線。對脈沖堆積時域整形的基本理論進行了詳細的分析研究，實驗研究了技術(shù)的可行性、方法和相關(guān)工程技術(shù)，獲得了穩(wěn)定的高精度可編程整形脈沖。為解決堆積脈沖的噪聲問題，還開展了脈沖平滑濾波技術(shù)的研究。已成功地與實際運行的激光裝置的前端系統(tǒng)進行了聯(lián)機實驗。 該項研究成果有助于使我國在脈沖時間波形的精確控制

4、能力和技術(shù)水平上達到國際先進水平，將被采納為我國新一代高功率激光系統(tǒng)神光Ⅲ的主脈沖成形方案。 2、激光束近場空間分布控制技術(shù)研究。 提出利用液晶光閥空間光調(diào)制技術(shù)實現(xiàn)激光束近場空間分布的自動反饋、可編程控制的技術(shù)方案。研究了液晶光閥對高功率激光束空間整形的基本原理；實驗研究了液晶光閥的強度調(diào)制特性、附加位相調(diào)制特性、附加高頻調(diào)制特性、透過率穩(wěn)定性和整形光束的空間傳輸特性：以及自動反饋控制的模型和方法，開發(fā)了控制軟件。并在

5、國際上首次成功地應(yīng)用于激光聚變高功率激光系統(tǒng)中(神光Ⅲ原型裝置)。 3、激光脈沖光譜控制技術(shù)及應(yīng)用研究。 研究了高功率激光光譜色散平滑的基本理論，提出利用堆積啁啾脈沖的周期性光譜調(diào)制特性和新穎特殊光柵實現(xiàn)光譜角色散和激光束遠場焦斑的時間平滑。建立了啁啾脈沖堆積的光譜調(diào)制模型并推導(dǎo)了其色散關(guān)系；提出并設(shè)計了圓光柵、星光柵、陣列型光柵等特殊光柵；數(shù)值模擬了的束平滑效果。結(jié)果表明平滑效果優(yōu)良，具有實際應(yīng)用的潛力。此外；對高功率

6、激光系統(tǒng)中相位調(diào)制的邊帶失衡問題進行了研究并經(jīng)實驗驗證，已應(yīng)用于工程實踐中。 4、激光束波前控制技術(shù)研究。 提出利用級聯(lián)液晶光閥空間光相位調(diào)制器和菲涅爾波帶片陣列波前探測技術(shù)實現(xiàn)對激光束小尺度波前畸變進行控制的原理、方法和技術(shù)。 研究了高功率激光束的小尺度畸變波前的傳輸特性及其對高功率激光系統(tǒng)的影響；對液晶空間光調(diào)制器控制小尺度波前畸變的可行性進行了分析；用光學(xué)徑向剪切干涉法和陣列菲涅耳波帶片波前分割法檢測小尺度

7、畸變波前。實驗驗證了這一波前控制的可行性，達到了對小尺度波前畸變進行有效控制的目的。本文的主要創(chuàng)新點歸納如下： 1．首次提出并實現(xiàn)了基于全光學(xué)方法、利用啁啾脈沖堆積技術(shù)實現(xiàn)激光脈沖波形高精度整形的原理、方法和技術(shù)； 2．首次提出并實現(xiàn)了在高功率激光系統(tǒng)中利用液晶光閥空間光調(diào)制技術(shù)實現(xiàn)激光束近場空間分布的可編程、自動反饋控制的原理、方法和技術(shù)； 3．首次提出利用周期性啁啾堆積脈沖和新穎的特殊光柵實現(xiàn)“一維”光譜角色