连续相位板对靶面SBS激光后向传输特性影响研究

徐守英; 周申蕾; 龚雨枫; 张军勇; 邬融; 刘德安

doi:doi:10.3788/AOS202040.2205001

光学学报, 2020, 40 (22): 2205001, 网络出版: 2020-10-16

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Influence of Continuous Phase Plate on Backscattered Transmission Characteristics of SBS Laser Light at Target

论文大纲

徐守英 ^1,2周申蕾 ^1,*龚雨枫 ^1,2张军勇 ¹邬融 ¹刘德安 ¹

作者单位

¹ 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800

² 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049

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摘要

激光辐照靶面产生的后向受激布里渊散射(SBS)光经连续相位板(CPP)调制会产生衍射强值并对光学元件造成损伤。利用建立的SBS激光后向近场衍射传输模型及菲涅耳衍射理论,分析并数值模拟了衍射距离、CPP设计参数和应用位置等参量对近场衍射调制的影响。结果表明:在一定范围内,近场调制度随衍射距离的增大而迅速增强;CPP相位幅度、最小空间周期和频谱控制均会影响近场调制,其中相位幅度的影响较大;倍频CPP对近场调制的影响小于基频CPP对近场调制的影响。CPP后向近场衍射传输分析有助于理解相位型光学器件的近场光强分布,对高功率激光系统中光学元件的排布及CPP的优化具有指导意义。

Abstract

The stimulated Brillouin scattered (SBS) light caused by laser irradiation at target is modulated when passing through a continuous phase plate (CPP), which causes damage to optical elements. In this paper, a theoretical model for analyzing back near-field diffraction transmission of SBS light is established, which is combined with Fresnel diffraction theory and used to analyze and numerically simulate the influences of diffraction distance, CPP parameters and application position on near-field diffraction modulation. The results show that as the diffraction distance increases within a certain range, the near-field modulation increases rapidly. Near-field modulation is affected by CPP phase amplitude, minimum spatial period and spectral control, in which phase amplitude has a relatively high impact. In addition, the effect of doubling frequency CPP on near-field modulation is weaker than that of fundamental frequency CPP. The study of back near-field diffraction transmission of CPP is helpful for understanding the near-field intensity distribution of a phase optical device and provides some guidance on the arrangement of optical elements of a high-power laser system and the optimization of CPP.

1 引言

惯性约束核聚变装置对焦斑辐照的均匀性具有较高的要求,流体力学的不稳定性会使光强的不均匀分布被放大,进而导致各种非线性效应^[1-2]。连续相位板(CPP)作为一种相位型衍射光学元件,通过对入射光的波前调制,能够有效控制焦斑的尺寸和旁瓣,同时实现入射光98%以上的能量利用^[3-4]。目前有大量文章研究了CPP对远场焦斑的影响,CPP的设计已非常成熟并被广泛应用于NIF、OMEGA、神光Ⅱ和神光Ⅲ等高功率激光装置中^[5-10]。但是,由于光强分布不均匀,靶面会产生受激布里渊散射(SBS)光和受激拉曼散射(SRS)光^[11-12],部分受激光后向传输进入光学系统,依次经过楔形透镜、倍频转换晶体、CPP和基频反射镜等光学元件,光强分布受到调制。SRS光和SBS光波长分别在450~750 nm和350~353 nm范围内,基频反射镜的损伤阈值随波长的减小而降低,因此经CPP调制的后向SBS光更容易造成传输镜损伤而影响其正常使用^[12]。以往在CPP设计时考虑了前向衍射传输特性^[4,13-14],而关于靶面后向激光传输特性的讨论鲜有报道。

针对后向SBS光波面复杂、波长与CPP不匹配、基频(1ω)反射镜对三倍频(3ω)光的损伤阈值低等问题,本文基于菲涅耳衍射理论,建立了后向SBS传输的近场衍射模型,理论分析并数值模拟了衍射距离和CPP设计参数等对后向近场衍射的影响;对比了1ω CPP元件与2ω CPP元件对后向近场衍射的调制,并结合实际高功率激光系统中光学元件的使用,分析了CPP元件对系统的影响约束。研究结果对相位型物体的近场衍射传输特性的理解分析、终端光学元件的排布和CPP的使用具有指导意义。

2 后向近场衍射传输特性理论分析

基于菲涅耳衍射理论,后向SBS光经CPP调制后的传输过程^[15]为

U (x, y, d, t) = A \exp (i a ϕ_{3 w}) \otimes h, (1)

式中:U(x,y,d,t)为t时刻下衍射距离为d时的衍射光场分布;h为传递函数; A为后向SBS光传输到CPP所在平面处的光场复振幅;exp(iaϕ₃_w)为后向SBS光经过CPP后引入的相位改变量,该相位量与光波长、CPP厚度及材料等有关^[4];a为相位板引入的幅度系数;ϕ₃_w为3ω CPP引入的相位延迟量;􀱋表示卷积运算;(x,y)为采样点坐标。

SBS光是由靶面不均匀激光散斑点与等离子体相互作用产生的,受激光散斑和等离子体状态的影响。实际激光光束具有一定大小,能够激发出超过10⁴个散斑点,因此靶面SBS光可以看作是由众多点光源组成的^[12]。某时刻SBS经过楔形透镜在前焦面处的光场分布可以表示为

A = \sum_{m} E_{m} \exp [- i (w_{m} t + φ_{m})], (2)

式中:E_m为不同SBS点光源振幅,与入射激光振幅成正比;m为SBS点光源编号; w_m为SBS光频率,其对应的波长分布范围为350~353 nm^[11-12] ,相比于单色波,SBS光场的相干性大大降低^[16];φ_m为初始相位。SBS光的相位与靶面激光的相位具有共轭关系,入射激光经CPP调制后产生子波,子波在靶面上相干叠加,其相位分布均匀,因此相位φ_m在-π~π范围内均匀分布。CPP后向近场调制是波长、初始相位及振幅均不同的多光束的综合作用结果。

基于G-S算法迭代产生的ϕ₃_w依赖于初始相位,初始相位具有随机性。利用波前畸变的低频模型,采用滤波函数去除随机相位的高频部分, ${ϕ_{3 w}}^{[4]}$ 可表示为

ϕ_{3 w} (x_{0}, y_{0}) = g \times R \{F^{- 1} [F (ζ) \times \exp (- \frac{f_{x_{0}}^{2} + f_{y_{0}}^{2}}{1 / L_{cpp}^{2}})]\}, (3)

式中: (x₀,y₀)为CPP面坐标;g为CPP相位幅度系数,需保证初始远场焦斑能量利用率达到95%,目标焦斑越大, g越大^[6]; R(·)表示取实部;F(·)和F^-1(·)分别为傅里叶变换和傅里叶逆变换;ζ为随机相位;L_cpp为CPP最小空间周期; ( $f_{x_{0}}$ , $f_{y_{0}}$ )为 CPP频域面坐标。

那么,(1)式可以变换为

\begin{array}{l} U (x, y, d, t) = A \exp (i a ϕ_{3 ω}) \otimes h = \\ \sum_{m} E_{m} \exp \{- i (w_{m} t + φ_{m}) + i ag R \{F^{- 1} [F (ζ) \times \exp (- \frac{f_{x_{0}}^{2} + f_{y_{0}}^{2}}{1 / L_{cpp}^{2}})]\}\} \otimes h 。 (4) \end{array}

在某时刻,近场衍射调制是具有不同空间分布的散斑复振幅叠加的结果;一段时间后,光学元件的损伤图为不同时刻近场调制强度的叠加:

I = \sum_{t} | U (x, y, d, t) |^{2} 。 (5)

在CPP和后向SBS光的共同作用下,近场衍射调制项为

\sum_{m} E_{m} \exp \{- i (w_{m} t + φ_{m}) + i ag R \{F^{- 1} [F (ζ) \times \exp (- \frac{f_{x_{0}}^{2} + f_{y_{0}}^{2}}{1 / L_{cpp}^{2}})]\}\} 。 (6)

根据(6)式可知:g、a和L_cpp等参数会影响后向近场衍射调制,当g和a越小,L_cpp越大时,近场调制越弱。而CPP远场焦斑大小和CPP应用位置等会影响g和a的值,因此开展上述参量对后向SBS光束传输影响的数值模拟研究。

3 数值模拟

选取如下参数对CPP进行设计:CPP的最小空间周期为8 mm,输入光场为12阶超高斯光束,1%光强处的光束半径为160 mm;靶面目标光场为4阶圆形超高斯光束,其1%光强处的焦斑半径为150 μm(约为63倍衍射极限)。设计得到的相位板CPP1的相位分布及对应远场焦斑如图1所示。以顶部光强均方根误差(Rms)和能量利用率(Ratio)描述CPP对远场焦斑的整形匀滑能力^[4],计算得到,Rms和Ratio分别为58%和98.6%。

图 1. CPP1的相位分布及远场焦斑。(a)相位分布;(b)远场焦斑

Fig. 1. Phase distribution of CPP1 and far-field focal spot. (a) Phase distribution; (b) far-field focal spot

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以均方根梯度(GRMS)来表征CPP面型的起伏大小^[17-18],以近场光强最大值(Imax)、通量对比度(Contrast)和近场衍射通量概率密度函数分布图来描述近场光强调制和分布^[19],近场评价函数计算区域大小为270 mm×270 mm。采用上述模型进行近场数值模拟,得到距离CPP1 5 m位置处的近场衍射结果及局部放大图,如图2所示,近场强度最大值为1.2473,通量对比度为5.82%。与前向激光相比,不同散斑点激发得到不同波长的SBS光,其相位、传递函数及经过CPP的相位延迟均不同,从而不同散斑点的近场调制不同,整体近场调制是不同散斑点在一定时间下的作用结果。从图2(a)、(b)所示的模拟结果可以看出,后向SBS光经过CPP后的衍射图案和CPP结构相似,与文献[ 12]中的实验结果一致,故采用上述模型分析经过聚焦透镜的后向SBS光的传输特性是可行的。

图 2. CPP相位及后向SBS光的近场衍射结果。(a) CPP相位;(b)近场衍射结果; (c)近场衍射通量概率密度函数

Fig. 2. CPP phase and near-field diffraction of backward SBS light. (a) CPP phase; (b) near-field diffraction; (c) probability density function of near-field diffraction fluence

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3.1 衍射距离对后向近场衍射的影响

分别沿光束传输方向和垂直传输方向研究SBS光通过CPP后的传输情况,从而探究相位型光学元件的近场衍射传输规律并指导终端光学元件的光路排布。以图1(a)所示的CPP1为例,模拟结果如图3所示。以CPP1所在平面的中心为坐标原点,反向SBS光传输方向为Z轴方向,垂直传输方向的平面为XOY。图3(a)是XOZ平面上的一维近场衍射光强,图3(b)为不同衍射距离下近场衍射面的光强最大值和对比度的变化,图3(c)为不同衍射距离下沿着X轴的局部光强对比图。

图 3. 不同衍射距离下的近场衍射光强结果。(a)XOZ平面上的一维近场衍射光强;(b)光强最大值和对比度;(c)局部光强对比图

Fig. 3. Near-field diffraction under different diffraction distances. (a) One-dimensional near-field diffraction intensity in XOZ plane; (b) maximum intensity and contrast; (c) local intensity comparison

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从图3(a)、(b)可以看出,调制的光强随衍射距离的增大先迅速增强,再保持不变,最后减小。由图3(c)可以看出,在一定衍射距离下,衍射极值点总出现在特定的位置处,衍射距离小于20 m时衍射包络相近,随衍射距离的增大,衍射幅值增大;随着衍射距离的继续增大,近场包络会出现分裂,产生更多的起伏。与理想点源同轴相称成像的衍射规律相似,对于特定空间频率的物体,像的调制对比度随衍射距离的增大先增大后减小^[20]。在CPP设计中,侧重控制最大空间频率,从而CPP包含较宽的空间频率范围,使得图3(b)所示的调制对比度在很长衍射距离内都是较大的。对于不同频率结构的CPP,其近场调制增长速率不同,后向SBS光与CPP波长的不匹配进一步加剧了近场调制增长速率的差异。因此,在保证光学元件的使用功能的条件下,光学元件应尽可能靠近CPP放置以减弱损伤。SBS光经过焦斑半径为300 μm的CPP时,为保证3ω光近场通量对比度低于目标值(15%)^[19],光学元件需要放置在距离此CPP 7 m以内的位置。

3.2 CPP设计参数对后向近场衍射的影响

CPP的设计采用G-S迭代算法,相位板对初始相位有很大的依赖性,但施加不同约束时所得CPP的微小相位结构会存在差异,因此L_cpp和g值不同。模拟分析CPP的最小空间周期、目标焦斑尺寸和焦斑频谱控制等因素的影响,得到的结果如图4所示。其中,CPP1的最小空间周期为8 mm,目标焦斑半径为150 μm;CPP2的最小空间周期为16 mm,目标焦斑半径为150 μm;CPP3的最小空间周期为8 mm,目标焦斑半径为300 μm; CPP4的最小空间周期为8 mm,目标焦斑半径为150 μm,并对焦斑在0.01~0.1 μm^-1范围内进行频谱控制。

图 4. 不同CPP的相位。(a) CPP1;(b) CPP2;(c) CPP3;(d) CPP4

Fig. 4. Different CPP phases. (a) CPP1; (b) CPP2; (c) CPP3; (d) CPP4

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受初始相位影响,在相同初始相位和不同约束条件下得到的CPP是相似的,仅有细节处的差异,结果如图4所示。在距离不同CPP 5 m处的近场衍射切面和近场衍射通量概率密度函数分布分别如图5和图6所示,表1详细描述了不同CPP的近/远场评价函数。

图 5. 距离不同CPP 5 m处的后向近场衍射结果。(a) CPP1;(b) CPP2;(c) CPP3;(d) CPP4

Fig. 5. Back near-field diffraction at 5 m from different CPP. (a) CPP1; (b) CPP2; (c) CPP3; (d) CPP4

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表 1. CPP的评价函数

Table 1. Evaluation functions of CPP

CPP	L_cpp/mm	g	GRMS /(rad·mm^-1)	Near-field		Far-field
CPP	L_cpp/mm	g	GRMS /(rad·mm^-1)	Contrast /%	Imax	Rms / %	Ratio /%
CPP1	8	11.9	0.2948	5.82		1.2473		58.0	98.6
CPP2	16	13.2	0.3098	4.02		1.1208		81.9	98.8
CPP3	8	25.8	0.5436	10.68		2.4207		79.4	99.1
CPP4	8	11.4	0.2879	5.55		1.1953		61.3	99.3

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图 6. 不同CPP的后向近场衍射通量概率密度函数

Fig. 6. Probability density functions of back near-field diffraction fluence under different CPPs

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从图5可以看出,不同CPP的后向近场衍射包络是相似的,CPP1、CPP2和CPP4的光强起伏较小,CPP3的光强起伏大。从图6可以看出,CPP3近场光强值的分布较为离散,光强值分布跨度大;CPP1、CPP2和CPP4近场光强值的分布较为集中。光强起伏较小、光强值分布集中说明近场调制弱,反之,则调制强。结合表1数据可以看出,增大L_cpp会减弱近场衍射调制效果,同时降低远场焦斑的均匀性;当增大远场焦斑尺寸时,CPP的相位幅度系数g增大,近场调制得到明显增强,由于整形难度加大,远场焦斑的整形能力下降;频谱控制能够有效控制焦斑的中频段,所得CPP的GRMS、近场对比度和光强最大值减小,说明5 m衍射距离下CPP中频段对CPP起伏和近场衍射影响较大。综上所述,通过增大L_cpp、减小目标焦斑尺寸和控制焦斑频谱可以减弱近场调制效果,其中目标焦斑尺寸对近场调制的影响较大。

3.3 CPP应用位置对后向近场衍射的影响

在实际高功率激光装置中,根据CPP应用位置的不同,将CPP分为1ω CPP、2ω CPP和3ω CPP。由于元件损伤阈值和材料可选择性等原因,广泛使用的是1ω CPP和2ω CPP。不同倍频CPP需要引入的相位延迟量之间的关系为

ϕ_{3 ω} = 3 ϕ_{1 ω} = \frac{3}{2} ϕ_{2 ω}, (7)

式中:ϕ₁_ω、ϕ₂_ω、ϕ₃_ω分别为1ω CPP、2ω CPP、3ω CPP需要引入的相位延迟量。与正向激光通过CPP引入的相位延迟不同,后向SBS光经过不同CPP后引入的相位延迟量为aϕ₃_ω。以石英材料为例,入射光的折射率分别为1.4767 (频率为3ω), 1.4609(频率为2ω),1.4498(频率为1ω)。波长范围为350~353 nm的SBS光通过1ω CPP和2ω CPP时,对应有a= $\frac{λ_{3 ω}}{λ}$ × $\frac{n - 1}{n_{1 ω} - 1}$ 和a= $\frac{λ_{3 ω}}{λ}$ × $\frac{n - 1}{n_{2 ω} - 1}$ ,其中 λ₃_ω=351 nm,n为波长为λ的SBS光在相位板中的折射率,n₁_ω和n₂_ω分别为波长为1053 nm(频率为1ω)和526 nm(频率为2ω)的前向光在相位板中的折射率。

SBS光通过1ω CPP与2ω CPP时的后向近场衍射结果和近场衍射通量概率密度函数分布图如图7所示,可以看出,不同位置的CPP的近场调制结果相近,但整体上2ω CPP的后向近场光强分布比1ω CPP的集中。表2为1ω CPP和2ω CPP的评价函数,可以看出, 与2ω CPP相比,1ω CPP的对比度和光强最大值分别大5%和0.6%。

图 7. 不同CPP的后向近场衍射结果及近场衍射通量概率密度函数分布图。(a) 1ω CPP,后向近场衍射;(b) 2ω CPP,后向近场衍射;(c) 近场衍射通量概率密度函数

Fig. 7. Back near-field diffraction results under different CPPs and probability density functions of near-field diffraction fluence. (a) 1ω CPP, back near-field diffraction; (b) 2ω CPP, back near-field diffraction; (c) probability density functions of near-field diffraction fluence

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表 2. 1ω CPP和2ω CPP的评价函数

Table 2. Evaluation functions of 1ω CPP and 2ω CPP

CPP	GRMS /(rad·mm^-1)	Near-field
CPP	GRMS /(rad·mm^-1)	Contrast /%	Imax
1ω CPP	0.2948	5.82	1.2473
2ω CPP	0.294	5.54	1.2394

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4 结论

靶面后向SBS光通过CPP在近场产生衍射调制,增大了光学元件的损伤风险。通过建立多光束综合作用的SBS光模型,理论分析和数值模拟了衍射距离、CPP设计参数和CPP应用位置对近场衍射的影响。结果表明:在一定衍射距离内,增大衍射距离会导致近场衍射调制迅速增强,光学元件应靠近CPP放置;远场目标的焦斑尺寸对近场调制的影响较大,对于大目标焦斑,CPP设计应考虑后向近场调制约束,焦斑频谱控制可以实现对近场调制的控制;基频CPP的近场调制效果高于倍频CPP。靶面后向SBS传输特性的分析对CPP的设计和使用及光路排布具有重要意义。

参考文献

[1] Kilkenny J D, Glendinning S G, Haan S W, et al. A review of the ablative stabilization of the Rayleigh-Taylor instability in regimes relevant to inertial confinement fusion[J]. Physics of Plasmas, 1994, 1(5): 1379-1389.

[2] Nakai S D, Mima K. Laser driven inertial fusion energy: present and prospective[J]. Reports on Progress in Physics, 2004, 67(3): 321-349.

[3] 朱应成, 邬融, 张军勇, 等. 全频分段控制下连续相位板的优化设计[J]. 光学学报, 2018, 38(7): 0723001.

Zhu Y C, Wu R, Zhang J Y, et al. Optimal design for continuous phase plate under segmental control across full-spectrum[J]. Acta Optica Sinica, 2018, 38(7): 0723001.

[4] 李平, 贾怀庭, 王芳, 等. 神光Ⅲ原型装置中连续相位板的应用位置分析[J]. 中国激光, 2009, 36(2): 318-323.

Li P, Jia H T, Wang F, et al. Analysis of continuous phase plates applying position for TIL facility[J]. Chinese Journal of Lasers, 2009, 36(2): 318-323.

[5] Marozas J A. Fourier transform-based continuous phase-plate design technique: a high-pass phase-plate design as an application for OMEGA and the National Ignition Facility[J]. Journal of the Optical Society of America A, 2007, 24(1): 74-83.

[6] 李平, 马驰, 粟敬钦, 等. 基于焦斑空间频谱控制的连续相位板设计[J]. 强激光与粒子束, 2008, 20(7): 1114-1118.

Ma C, Su J Q, Su J Q, et al. Design of continuous phase plates for controlling spatial spectrum of focal spot[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2008, 20(7): 1114-1118.

[7] 温圣林, 许乔, 马平, 等. 基于工艺的连续相位板设计[J]. 光学学报, 2009, 29(11): 3179-3182.

Wen S L, Xu Q, Ma P, et al. Process-based design of continuous phase plates[J]. Acta Optica Sinica, 2009, 29(11): 3179-3182.

[8] 温圣林, 唐才学, 张远航, 等. 最小空间周期对连续相位板加工和性能的影响[J]. 中国激光, 2015, 42(9): 0908001.

Wen S L, Tang C X, Zhang Y H, et al. Effects of least spatial period on the fabrication and performance of continuous phase plate[J]. Chinese Journal of Lasers, 2015, 42(9): 0908001.

[9] 徐明进, 戴一帆, 解旭辉, 等. 小特征尺寸连续位相板离子束修形的误差分析[J]. 光学精密工程, 2016, 24(12): 2975-2982.

Xu M J, Dai Y F, Xie X H, et al. Error analysis of ion beam figuring for fabrication of continuous phase plates with small feature structures[J]. Optics and Precision Engineering, 2016, 24(12): 2975-2982.

[10] Berger R L, Thomas C, Baker K L, et al. Stimulated backscatter of laser light from BigFoot hohlraums on the National Ignition Facility[J]. Physics of Plasmas, 2019, 26(1): 012709.

[11] Moody JD, DatteP, KrauterK, et al., 2010, 81(10): 10D921.

[12] Chapman T. Michel P, di Nicola J M, et al. Investigation and modeling of optics damage in high-power laser systems caused by light backscattered in plasma at the target[J]. Journal of Applied Physics, 2019, 125(3): 033101.

[13] Marozas J A, Collins T B, Zuegel J D, et al. Continuous distributed phase-plate advances for high-energy laser systems[J]. Journal of Physics: Conference Series, 2016, 717: 012107.

[14] 占江徽, 姚欣, 高福华, 等. 惯性约束聚变驱动器连续相位板前置时频率转换晶体内部光场研究[J]. 物理学报, 2011, 60(1): 014205.

Zhan J H, Yao X, Gao F H, et al. Study on intensity distribution inside the frequency conversion crystals for continuous phase plate front-located in inertial confinement fusion driver[J]. Acta Physica Sinica, 2011, 60(1): 014205.

[15] Goodman JW. Introduction to Fourier optics [M]. Qin K C, Liu P S, Chen J B, et al, Transl. 3rd ed. Beijing: Publishing House of Electronics industry, 2011.

Goodman JosephW. 傅里叶光学导论[M]. 秦克诚, 刘培森, 陈家壁, 等, 译. 3版. 北京: 电子工业出版社, 2011.

[16] 邓锡明, 余文炎, 陈时胜, 等. 用增加频带宽度的方法提高钕玻璃高功率激光器输出功率[J]. 光学学报, 1983, 3(2): 97-101.

Deng X M, Yu W Y, Chen S S, et al. Output power increase of high power Nd∶glass laser by bandwidth[J]. Acta Optica Sinica, 1983, 3(2): 97-101.

[17] 杨钧兰, 钟哲强, 翁小凤, 等. 惯性约束聚变装置中靶面光场特性的统计表征方法[J]. 物理学报, 2019, 68(8): 084207.

Yang J L, Zhong Z Q, Weng X F, et al. Method of statistically characterizing target plane light field properties in inertial confinement fusion device[J]. Acta Physica Sinica, 2019, 68(8): 084207.

[18] 冯友君, 林中校, 张蓉竹. 连续位相板均方根梯度对焦斑匀滑特性的影响[J]. 物理学报, 2011, 60(10): 104202.

Feng Y J, Lin Z X, Zhang R Z. The influence of root mean square phase gradient of continuous phase plate on smoothing focal spot[J]. Acta Physica Sinica, 2011, 60(10): 104202.

[19] Haynam C, Wegner P J, Auerbach J M, et al. National Ignition Facility laser performance status[J]. Applied Optics, 2007, 46(16): 3276-3303.

[20] Pogany A, Gao D, Wilkins S W. Contrast and resolution in imaging with a microfocus X-ray source[J]. Review of Scientific Instruments, 1997, 68(7): 2774-2782.

3.2 CPP设计参数对后向近场衍射的影响

3.3 CPP应用位置对后向近场衍射的影响

4 结论

徐守英, 周申蕾, 龚雨枫, 张军勇, 邬融, 刘德安. 连续相位板对靶面SBS激光后向传输特性影响研究[J]. 光学学报, 2020, 40(22): 2205001. Shouying Xu, Shenlei Zhou, Yufeng Gong, Junyong Zhang, Rong Wu, Dean Liu. Influence of Continuous Phase Plate on Backscattered Transmission Characteristics of SBS Laser Light at Target[J]. Acta Optica Sinica, 2020, 40(22): 2205001.

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1 引言

2 后向近场衍射传输特性理论分析

3 数值模拟

图 1. CPP1的相位分布及远场焦斑。(a)相位分布;(b)远场焦斑

Fig. 1. Phase distribution of CPP1 and far-field focal spot. (a) Phase distribution; (b) far-field focal spot

图 2. CPP相位及后向SBS光的近场衍射结果。(a) CPP相位;(b)近场衍射结果; (c)近场衍射通量概率密度函数

Fig. 2. CPP phase and near-field diffraction of backward SBS light. (a) CPP phase; (b) near-field diffraction; (c) probability density function of near-field diffraction fluence

3.1 衍射距离对后向近场衍射的影响

图 3. 不同衍射距离下的近场衍射光强结果。(a)XOZ平面上的一维近场衍射光强;(b)光强最大值和对比度;(c)局部光强对比图

Fig. 3. Near-field diffraction under different diffraction distances. (a) One-dimensional near-field diffraction intensity in XOZ plane; (b) maximum intensity and contrast; (c) local intensity comparison

3.2 CPP设计参数对后向近场衍射的影响

图 4. 不同CPP的相位。(a) CPP1;(b) CPP2;(c) CPP3;(d) CPP4

Fig. 4. Different CPP phases. (a) CPP1; (b) CPP2; (c) CPP3; (d) CPP4

图 5. 距离不同CPP 5 m处的后向近场衍射结果。(a) CPP1;(b) CPP2;(c) CPP3;(d) CPP4

Fig. 5. Back near-field diffraction at 5 m from different CPP. (a) CPP1; (b) CPP2; (c) CPP3; (d) CPP4

表 1. CPP的评价函数

Table 1. Evaluation functions of CPP

图 6. 不同CPP的后向近场衍射通量概率密度函数

Fig. 6. Probability density functions of back near-field diffraction fluence under different CPPs

3.3 CPP应用位置对后向近场衍射的影响

图 7. 不同CPP的后向近场衍射结果及近场衍射通量概率密度函数分布图。(a) 1ω CPP,后向近场衍射;(b) 2ω CPP,后向近场衍射;(c) 近场衍射通量概率密度函数

Fig. 7. Back near-field diffraction results under different CPPs and probability density functions of near-field diffraction fluence. (a) 1ω CPP, back near-field diffraction; (b) 2ω CPP, back near-field diffraction; (c) probability density functions of near-field diffraction fluence

表 2. 1ω CPP和2ω CPP的评价函数

Table 2. Evaluation functions of 1ω CPP and 2ω CPP

4 结论

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连续相位板对靶面SBS激光后向传输特性影响研究 下载： 743次

1 引言

2 后向近场衍射传输特性理论分析

3 数值模拟

图 1. CPP1的相位分布及远场焦斑。(a)相位分布;(b)远场焦斑

Fig. 1. Phase distribution of CPP1 and far-field focal spot. (a) Phase distribution; (b) far-field focal spot

图 2. CPP相位及后向SBS光的近场衍射结果。(a) CPP相位;(b)近场衍射结果; (c)近场衍射通量概率密度函数

Fig. 2. CPP phase and near-field diffraction of backward SBS light. (a) CPP phase; (b) near-field diffraction; (c) probability density function of near-field diffraction fluence

3.1 衍射距离对后向近场衍射的影响

图 3. 不同衍射距离下的近场衍射光强结果。(a)XOZ平面上的一维近场衍射光强;(b)光强最大值和对比度;(c)局部光强对比图

Fig. 3. Near-field diffraction under different diffraction distances. (a) One-dimensional near-field diffraction intensity in XOZ plane; (b) maximum intensity and contrast; (c) local intensity comparison

3.2 CPP设计参数对后向近场衍射的影响

图 4. 不同CPP的相位。(a) CPP1;(b) CPP2;(c) CPP3;(d) CPP4

Fig. 4. Different CPP phases. (a) CPP1; (b) CPP2; (c) CPP3; (d) CPP4

图 5. 距离不同CPP 5 m处的后向近场衍射结果。(a) CPP1;(b) CPP2;(c) CPP3;(d) CPP4

Fig. 5. Back near-field diffraction at 5 m from different CPP. (a) CPP1; (b) CPP2; (c) CPP3; (d) CPP4

表 1. CPP的评价函数

Table 1. Evaluation functions of CPP

图 6. 不同CPP的后向近场衍射通量概率密度函数

Fig. 6. Probability density functions of back near-field diffraction fluence under different CPPs

3.3 CPP应用位置对后向近场衍射的影响

图 7. 不同CPP的后向近场衍射结果及近场衍射通量概率密度函数分布图。(a) 1ω CPP,后向近场衍射;(b) 2ω CPP,后向近场衍射;(c) 近场衍射通量概率密度函数

Fig. 7. Back near-field diffraction results under different CPPs and probability density functions of near-field diffraction fluence. (a) 1ω CPP, back near-field diffraction; (b) 2ω CPP, back near-field diffraction; (c) probability density functions of near-field diffraction fluence

表 2. 1ω CPP和2ω CPP的评价函数

Table 2. Evaluation functions of 1ω CPP and 2ω CPP

4 结论

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