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
高功率激光装置是一个复杂的有源巨型光学工程，其性能指标要求逼近科学技术与物理极限。驱动器研制有物理设计、工程光学和结构工程设计三大过程，工程光学在其中起着重要作用。高功率激光装置工程光学设计需遵循其特有的设计原则和要点，以保证装置的高性能。根据驱动器设计指标和设计特点，从总体光学设计、光束质量控制以及光束打靶精度控制方面，综述了高功率激光装置工程光学设计中的关键科学技术问题以及相应解决方法，为未来高功率激光驱动器的发展提供必要的工程设计参考。
光学设计 惯性约束聚变 神光装置 工程光学 激光光学
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
传输反射镜是高功率激光装置中连接主放大系统与靶场终端的关键组成部分，实现它的表面洁净控制尤为必要。本课题组基于风刀高速吹扫颗粒物去除技术，探究了开放式环境下，风刀安装高度、进气压力、出气口间隙、吹扫次数等工艺参数对靶场终端反射镜表面Al2O3、灰尘和不锈钢等颗粒物去除效率的影响，并从实验中捕捉到了颗粒物的动态运动轨迹。研究结果表明：提高进气压力可以提高颗粒物的去除效率；当风刀安装高度为4 mm、进气压力为1.5 MPa时，0.05 mm或0.1 mm的风刀出气口间隙均可实现90%以上的平均去除效率；当进气压力不高于1.2 MPa时，增加吹扫次数并不能提高颗粒物的去除效率；在去除过程中，颗粒物沿着高速气流方向直线运动。本次实验结果为靶场终端传输反射镜在线表面洁净控制提供了重要参考和技术支撑。
光学器件 传输反射镜 洁净控制 颗粒污染物 风刀 中国激光
2022, 49(13): 1301003
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 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所, 上海 201800
高功率激光与等离子体相互作用(LPI)产生的超热电子能谱与空间分布是激光惯性约束聚变(ICF)中评估预热增熵、优化靶参数设计的关键依据,因此是研究上的重要内容。基于神光Ⅱ激光装置,研究了不同条件的激光与碳氢平面靶作用产生超热电子的能谱与空间分布。实验结果表明,超热电子能谱符合麦克斯韦分布,拟合温度处于30~65 keV范围,靶前方向得到的超热电子温度和强度均高于靶后方向。在靶后方向探测到的超热电子空间分布近似高斯分布,峰值方向在靶背法线方向。靶前散射光谱上有较强的对流受激拉曼散射(SRS)信号及具有双峰分布特点的双等离子体衰变(TPD)信号。理论结合实验数据分析表明,在高温大尺度等离子体条件下,SRS产生的超热电子相比TPD占据主导地位。此外,分析了由SRS产生的电子等离子体(EPW)波加速的电子动能与散射光波长的关系,发现加速后电子的动能随着散射光波长的增加而增加,与实验结果相符。
激光技术: 惯性约束聚变 超热电子 受激拉曼散射 双等离子体衰变 中国激光
2021, 48(23): 2308001
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, 北京 100049
高功率激光驱动器中多采用谱色散匀滑(SSD)的束匀滑技术,而SSD中的相位调制常使用等幅相位调制。为进一步改善匀滑效果,提高动态调控能力,提出一种特异性相位调制技术,即采用调制深度为时变函数的特异性调制方式来获得光谱宽度可随时间变化的信号输出。基于相位调制的频谱理论,分析了特异性相位调制后的激光频谱特性。利用任意波形发生器(AWG)整形输出的特定相位调制信号开展实验研究,通过改变AWG输出两路电信号的相对时间差,得到250 ps的信号光在3 ns内不同时间点的调制光谱,实验结果与理论模拟结果一致。这种调制方式可以完成光谱宽度的连续实时调控,这对于高功率激光驱动器的激光参数控制中实现动态的光谱色散匀滑有着重要应用。
激光光学 相位调制 光谱宽度 光谱色散匀滑 惯性约束核聚变 中国激光
2021, 48(20): 2005003
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
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。
衍射 连续相位板 受激布里渊散射 近场调制 惯性约束聚变 光学学报
2020, 40(22): 2205001
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of High Power Laser and Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Shanghai Institute of Laser Plasma, China Academy of Engineering Physics, Shanghai 201800, China
Lens-less Fourier-transform holography has been actively studied because of its simple optical structure and its single-shot recording. However, a low-contrast interferogram between the reference and object waves limits its signal to noise ratio. Here, multi-reference lens-less Fourier-transform holography with a Greek-ladder sieve array is proposed in the experiment and demonstrated effectively to improve the signal to noise ratio. The key technique in our proposed method is a Greek-ladder sieve array, which acts as not only a wave-front modulator but also a beam splitter. With advantages of the common path, single shot, and no need for a lens, this system has enormous potential in imaging and especially in extreme ultraviolet and soft X-ray holography.
digital holography diffractive lens X-ray imaging Chinese Optics Letters
2020, 18(2): 020901
1 上海大学通信与信息工程学院特种光纤与光接入网重点实验室, 上海 200444
2 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
在使用高功率激光装置进行物理实验时,高精度时间同步的时标系统是实现物理过程精确诊断的必要条件。为了满足物理实验需求,该系统采用任意波形发生器输出信号时分复用结合高速电光调制的技术方案,同源产生了主激光、时标光、电时标和高精度触发信号等多路信号。时标系统共可输出532,355,266 nm三种波长共10路梳状时标光信号及8路梳状电时标信号、两路快前沿高幅值触发信号。时标信号与主激光时间同步抖动峰峰值达到12.80 ps,梳状时标光信号脉冲周期峰值抖动为6.40 ps,接近目前采用的测量系统极限。完成了时标系统在高功率激光装置中的应用演示,满足了诊断设备应用要求;对条纹相机不同扫程进行时间基准标定实验,可有效校准相机大扫程的时间误差。
激光光学 时标系统 高精度时间同步 任意波形发生器 条纹相机 中国激光
2019, 46(11): 1101011
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 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所, 上海 201800
重复频率激光放大器是实现重复频率激光器的关键器件,其重复频率取决于对抽运及放大过程中产生热量的有效控制。针对千焦耳量级输出重复频率激光器的需求,通过合理的结构设计、冷却液选型及测试等,研制出一台基于氙灯抽运、钕玻璃增益介质、液体冷却、通光直径为Φ130 mm的激光放大器样机。测试结果表明,该放大器样机可实现每分钟一次的重复频率运行,同时具备双程1.3189倍净增益,双程动态波前PV(peak to valley)平均值为0.2718波长(λ)(20 ℃,λ=1053 nm,10发次计)和0.3223λ(30 ℃,λ=1053 nm,10发次计)。
激光器 重复频率激光放大器 液体冷却 氙灯抽运 钕玻璃 中国激光
2019, 46(10): 1001007
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, 北京 100049
设计出不同相移步长的多焦点光子筛阵列,利用相移数字全息术对USAF1951分辨率板进行成像,在光学波段验证了光子筛阵列的相移功能。实验结果表明,多焦点光子筛阵列在不同相移步长下均可消除零级像和共轭像,系统分辨率均与理论预期结果一致。作为一种振幅型衍射透镜,多焦点光子筛阵列在X射线全息术和生物细胞显微等领域有着广阔的应用前景。
全息 数字全息 相移 衍射透镜 X射线成像
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
结合非线性强度和相位调制作用,研究束匀滑相位板整形焦光斑在焦面附近传输变换的特性。采用衍射光学理论方法来计算三维空间离焦面上的光场分布,引入光斑落点漂移和光强对称度两个指标参量来表征光斑在传输演化过程中的性能。研究分析了高通量激光辐照下非线性效应对连续相位板整形焦斑的影响,尤其是楔形透镜厚端和薄端的较大差异引起的小尺度自聚焦强度调制差异,该差异使得光斑传输至焦点后的一段距离后开始渐渐偏离光轴,同时其整体强度分布也出现不对称度偏置。结果表明,非线性强度畸变的影响远大于相位畸变的影响,在给定激光装置光路中5 GW/cm
2功率密度的入射条件下,焦点后4 mm处光斑落点漂移超过0.1 mm,光强左右不对称度偏置达到30%。
激光光学 光束合束 束匀滑 连续相位板 衍射光学 小尺度自聚焦 光学学报
2018, 38(10): 1014003
