Author Affiliations
Abstract
1 National Synchrotron Radiation Laboratory, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
2 Laser Fusion Research Center, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621900, China
A cylindrical Öffner stretcher based on ternary reflector (COSTER) is proposed and analyzed. Compared with the traditional Öffner stretcher, the COSTER has no off-axis aberration in the multipass configuration, and the output laser of COSTER has lower spectral phase noise and higher temporal contrast in the far field. The COSTER is quite suitable to be used in multi-petawatt laser facilities, and it might be the preferred stretcher configuration for ultrafast and ultra-intense lasers.
cylindrical Öffner stretcher aberration temporal contrast Chinese Optics Letters
2023, 21(7): 073201
武汉理工大学信息工程学院, 湖北 武汉 430070
使用计算流体动力学、传热学、固体弹性力学和光学的多物理场耦合集成仿真分析技术完成了红外热像仪中光机的热特性与热设计研究。采用有限单元法(Finite Element Method, FEM) 和计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)得到了光机内部的温度场、应力变形分布及光学件面形。基于最小二乘法成功移除了光学元件的刚体位移, 将刚体位移和移除刚体位移的标准Zernike系数作为设计输入条件导入光学系统中。对比在常温、自然散热和强对流不同条件下的弥散斑和传函曲线, 实现了红外热像仪光机热集成及耦合仿真分析, 该光机热集成仿真分析研究技术对光学系统结构设计和研究具有借鉴意义。
集成仿真 计算流体动力学 光机 热集成 有限单元法 integrated simulation computational fluid dynamics optical machine thermal integration finite element method
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 等离子体物理重点实验室, 四川 绵阳 621900
扩束是超高峰值功率激光装置中必不可少的一环,由离轴抛物面镜组成的反射式扩束系统可解决传统透射式扩束带来的色散、色差及激光脉冲前沿畸变等问题。利用光线追迹法和惠更斯-菲涅耳原理对反射式扩束和聚焦过程进行分析,计算了在反射式扩束系统参数不同时,离轴抛物面镜失调对激光脉冲远场时空特性的影响,给出了激光脉冲斯特列尔比和峰值强度的误差允许范围。
物理光学 几何光学设计 激光扩束 离轴抛物面镜 光线追迹 矢量衍射 超快激光脉冲 时空特性 光学学报
2021, 41(21): 2126003
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 等离子体物理重点实验室, 四川 绵阳 621900
3 中国工程物理研究院研究生院, 北京 100088
针对超高峰值功率激光系统中脉冲的压缩及聚焦过程进行建模,基于光线追迹法和夫琅禾费衍射方法对平行光栅对压缩器的色散过程和抛物面镜的聚焦过程进行了模拟分析,同时采用Square-Radial多项式对方形口径的波前畸变进行描述,分析了近场存在4种不同波前畸变情况时对远场时空分布的影响,定量给出了不同情况下波前畸变误差的允许范围。
超快光学 脉冲压缩 超快激光 衍射光栅 波前畸变 时空特性 光学学报
2020, 40(11): 1132001
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 等离子体物理重点实验室, 四川 绵阳 621900
3 中国工程物理研究院研究生院, 北京 100088
在光学参量啁啾反转脉冲放大(OPRCPA)系统中,展宽器和压缩器都可使用平行光栅对,从而避免常规展宽器中较大的谱剪切效应,简化展宽器结构。基于此,分析了 OPRCPA 系统中各阶色散对输出脉冲的影响,给出了相应的理论模型和数值计算方法,提出了用棱栅对补偿系统三阶色散的方案。
激光光学 脉冲压缩 色散补偿 啁啾脉冲放大 参量放大 棱栅对
母杰 1,2,3王逍 1,2,3,*左言磊 1,2,3胡必龙 1,2,3,4[ ... ]粟敬钦 1,2,3
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 等离子体物理重点实验室, 四川 绵阳 621900
3 上海交通大学IFSA协同创新中心, 上海 200240
4 中国工程物理研究院研究生院, 北京 100088
提出了一种基于空谱干涉和远场的分步式短脉冲激光同步探测方法,先利用空谱干涉捕捉时间同步的大范围,再利用远场实现同步的高精度探测。采用数值模拟对基于空谱干涉和远场的同步探测进行了分析,研究结果证明了该方法的可行性。该方法兼顾了大范围和高精度的特点,且对光强要求不高,能确保大部分能量用于物理实验研究,适用于短脉冲激光系统。同时,该方法可用于等离子体参数诊断、短脉冲激光相干合成等领域的时间同步的测量与控制。
激光光学 时间同步探测 空谱干涉 远场 短脉冲激光
1 重庆大学 机械工程学院, 重庆 400030
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
为实现大口径拼接光栅拼接误差的高频高精度补偿的工程应用, 提出了一种基于小口径反射镜补偿大口径拼接光栅压缩器拼接误差的方法。基于双程Z型压缩器, 分析了小口径反射镜补偿量与拼接误差的关系, 采用光线追迹法和夫琅禾费远场衍射原理定量计算了各拼接误差补偿后对远场能量分布的影响, 证明了该方法原理的正确性, 并得到了直接驱动光栅与反射镜补偿时的各误差容限, 结果表明该方法能极大降低拼接光栅的精度要求。
衍射光学 光学设计 光脉冲压缩 拼接光栅 超快光学 diffraction optics optical design optical pulse compression tiled-gratings ultrafast optics 红外与激光工程
2018, 47(11): 1142002
1 重庆大学机械工程学院, 重庆 400030
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
分析随机并行梯度下降(SPGD)算法用于多路大型固体激光装置相干合成中校正动态相差的能力。首先介绍了SPGD算法实现相干合成的基本理论,利用数值模拟方法对算法进行了优化,实现了两路基于SPGD算法的波长为800 nm、带宽为30 fs光束的相干合成实验,验证了在外加10,15,20,25 Hz动态相差条件下算法的特性,并进一步模拟了动态活塞相差和指向性相差的校正过程,分析了不同相位噪声强度和频率对校正能力的影响,计算了控制带宽与光束路数、算法执行速度之间的关系。结果表明:远场强度分布的平方和是高能短脉冲激光相干合成的最佳性能评价函数;采用自适应增益的方式时,在保证算法稳定性的前提下,提高了算法的收敛速度;随着相位噪声强度和频率的提高,算法的有效控制带宽减小;算法执行速度越快,光束路数越少,则算法控制带宽越大;受限于器件性能,SPGD算法不适用于4路以上带宽为30 fs激光阵列的相干合成。
激光光学 相干合成 随机并行梯度下降算法 动态分析 控制带宽
1 重庆大学机械工程学院, 重庆 400030
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
波前畸变会影响平行光栅对压缩器输出脉冲的可压缩性和远场焦斑的质量。结合光线追迹法和夫琅禾费远场衍射原理建立了平行光栅对压缩器理论模型。同时分析了输入脉冲的波前误差、光栅衍射面的形变以及光栅波像差对压缩器输出脉冲远场焦平面时空特性的影响, 并采用蒙特卡罗方法数值模拟分析了其误差容许范围。为高功率激光装置中平行光栅对压缩器中进行波前畸变和光栅质量的控制提供了理论参考。
非线性光学 波前畸变 光栅对压缩器 时空特性 光栅形变 波像差
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 上海交通大学IFSA协同创新中心, 上海 200240
3 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室, 陕西 西安 710054
为了研究波前畸变对光束指向探测的影响, 采用蒙特卡罗方法分别在整口径和不同口径、不同排布的子口径情况下, 对光束进行了模拟分析。研究结果表明, 当波前畸变的均方根值小于0.163λ时, 光束指向探测误差小于0.5 μrad; 当波前畸变的均方根值小于0.234λ时, 光束指向探测误差小于1 μrad。可选取波前畸变相对较小的子光束区域来计算整口径的光束指向。
激光技术 相干合成 蒙特卡罗方法 光束指向探测 波前畸变
