基於多光束參量調控的組束勻滑技術研究

《基於多光束參量調控的組束勻滑技術研究》是依託中國工程物理研究院雷射聚變研究中心，由張銳擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於多光束參量調控的組束勻滑技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張銳
• 依託單位：中國工程物理研究院雷射聚變研究中心

項目摘要

慣性約束聚變物理實驗要求高功率雷射裝置精確控制靶面光強分布，因而廣泛採用了相位板技術以進行焦斑空域整形。由於光束內部子束間的相干性，相位板會在靶面產生散斑結構，從而在打靶時產生各種不利的非線性過程和成絲，影響靶丸對稱壓縮，因而還需要採用時域勻滑和偏振勻滑等措施。目前已對單束光的時域、空域和偏振勻滑特性進行了研究，但對多束光的組束勻滑特性國內外尚未開展系統研究。而在多達數百束的兆焦耳級雷射驅動器中，為滿足靶場光束排布需採用組束聚焦，因此亟需對組束勻滑特性進行研究以支撐驅動器設計。本項目將對組束打靶過程中的時域、空域和偏振等多個參量開展創新性調控技術研究，從而掌握組束勻滑的參量最佳化設計和實現方法。重點要突破的難點包括：多光束組束打靶時子束偏振態、光譜角色散方向等參量對靶面輻照均勻性的影響；新型偏振調控方法的最佳化設計和實現方法。本項目將為高功率雷射裝置組束勻滑技術的發展提供理論和技術支撐。

結題摘要

在多達數百束的高功率雷射驅動器中，為滿足靶場光束排布的要求需採用組束聚焦，因此亟需對組束聚焦的光場特性和束勻滑最佳化方法進行研究以支撐驅動器設計。結合高功率固體雷射裝置光束傳輸與控制特點，提出了一系列多參量調控組束勻滑解決方案。自主開發了包含時域、空域、偏振勻滑計算能力的組束勻滑模擬分析軟體。提出破壞束組內各子束近場間的相關性是提升組束勻滑性能的重要原則。對於組束勻滑中的CPP設計，模擬結果表明，在同一集束中，相同面形的CPP因不同束間位相大體相同而不能得到最優結果，可將同一集束中各束雷射CPP設計為完全獨立面形。對於集束勻滑中的時域勻滑，採用“多色+多頻”SSD模式時，組束勻滑獲得的焦斑均勻性優於“多色+相同調製頻率”SSD的焦斑均勻性，優於“單色+單頻”SSD。其中，多色（指多種中心波長）是為了增加頻寬，縮短相干時間；多頻（指多種調製頻率）可使集束中兩束光的頻譜結構不同；各子束的最小頻差應大於SSD頻寬；在同一集束中，各束雷射SSD掃動方向不同也有利於提升靶面束勻滑效果。在組束勻滑光束偏振調控方面，對偏振控制板陣列及柱矢光束聚焦特性進行了理論模擬，研究了偏振調控對靶面光強分布均勻性的改善能力。設計並加工了偏振控制板陣列，通過調節偏振控制板陣列單元排列方式，可獲得多種偏振態分布；採用偏振控制板陣列後遠場偏振態分布相比不採用時偏振態極大豐富。為提升組束勻滑和各子束光偏振調控的靈活性，研究了基於液晶空間光調製器的偏振勻滑技術。實驗研究了加與不加陣列液晶器件的雷射焦斑分布，通過使用液晶偏振器件，焦斑上幅度調製較劇烈的區域得到了抑制，使用液晶偏振器件的焦斑與不使用時相比均勻性更佳，rms減少至78%，FOPAI曲線超過平均光強三倍部分的強度接近減半。該量化結果證明了液晶偏振器件的高效束勻滑功能，從原理上證明了其可作為高功率雷射裝置的偏振勻滑器件線上使用。本課題研究結果為高功率雷射裝置組束勻滑方案的最佳化設計提供了重要的理論和技術支撐。