磷酸二氢钾(KDP)晶体是一种经典的电光材料, 是目前唯一可用于惯性约束核聚变的非线性光学材料。鉴于籽晶和生长方法对KDP晶体的生长和质量具有重要的影响, 本文采用传统法生长法和点籽晶快速生长法生长KDP晶体, 通过改变籽晶的种类及切向, 不仅减少了晶体的恢复区, 同时缩短了晶体的生长周期, 生长出高透明度的单晶。对晶体的透过、结晶完整性及损伤等性能进行测试, 结果表明, 晶体在红外和可见光波段具有较高的透过率; 晶体(001)面的衍射强度较强, 峰形比较尖锐; 相比于1-on-1方式, R-on-1处理使KDP的损伤阈值提高了1.7~2.1倍, 晶体的抗损伤均匀性很高。生长的晶体具有优良的光学性能, 籽晶对晶体的生长具有重要的影响。

惯性约束聚变激光驱动器中, 熔石英透镜的紫外激光损伤问题一直是限制其负载能力提升的重要因素。对此提出了一种新的大口径光束三倍频构型方案, 将三倍频晶体置于聚焦透镜之后, 在基频光和倍频光的会聚过程中实现和频。大口径会聚光束的入射角度达36.35 mrad, 为满足相位匹配条件, 三倍频晶体采用相位匹配接受角度更大、损伤阈值更高的LBO晶体。理论分析表明, 3块切割角度不同的LBO晶体拼接即可满足会聚光束相位匹配容忍角的要求。原理性实验也验证了该方案的可行性。该构型不仅能规避熔石英透镜的紫外激光辐照, 提升激光驱动器的负载能力, 而且能突破LBO晶体的口径受限问题。

研究了光线追迹和随机相位滤波作为初始相位设计的连续相位板下, 光束畸变对连续相位板整形性能的影响。结果表明：随机相位滤波得到的连续相位板相比光线追迹获得的连续相位板, 在幅度畸变、离焦的容忍度等方面都有优越性;进一步分析了相位畸变、对准误差、口径误差等对连续相位板性能的影响, 确定了相位畸变是影响性能的首要因素, 并且大目标焦斑的畸变宽容度更大, 由此引入了波前的相对畸变因子, 在所定义的连续相位板性能标准下, 波前容忍度为0.5。

为了研究宽带脉冲因受外界瞬态扰动而引起的相移随频谱变化的规律,利用啁啾脉冲与扰动在频域上的卷积特性,采取将频谱干涉技术和线性啁啾脉冲相结合,当两束线性啁啾脉冲在频率域相遇时,相同的频谱成分产生干涉,从其干涉图中得到随脉冲频谱变化的相对相移。根据傅里叶变换的频谱干涉技术,对从两束线性啁啾脉冲的频谱干涉图中提取相移进行了数值模拟。结果表明,对假设具有不同类型的相移进行重构,还原出随频谱变化的相位扰动。这一结果对超快光学中的瞬态测量是有帮助的。

在超快激光与物质相互作用的实验中, 实现单束实时的频谱干涉测量对提高测量精度很重要。基于频谱干涉原理和线性啁啾脉冲瞬时频率与时间的线性关系对啁啾脉冲频域相移直接映射为瞬态时域相移的原理进行了理论研究; 推导出这种频域-时域相移映射模式成立的限制条件。对相移直接映射过程进行了数值模拟和分析, 结果显示, 该方法可以得到具有瞬态特性的时域相移, 具有单束测量的能力; 在微扰和带宽一定的条件下, 增加探测脉冲的啁啾量, 可以减小频域-时域相移映射过程中产生的误差。

为改善焦斑的均匀性以应用于惯性约束聚变(ICF)的实验,从焦斑形态的控制出发,在随机相位板(RPP)和连续相位板(CPP)做空域整形下,用同样带宽和最大谱色散角,模拟了不同光谱形状的匀滑效果,通过焦斑强度的功率谱密度(PSD)和平顶的均方根(RMS)对获得的焦斑进行评价。结果表明,改善光谱形状可以提高匀滑效率,优化光谱相对主流的正弦调频光谱对匀滑效果的均方根值可提高43.7%。同时,设计相位板时考虑焦斑上不同空间频率的权重,有利于匀滑。

利用激光二极管(LD)阵列侧面抽运声光(AO)调Q的Nd∶YAG激光器作为抽运源,研究了在不同声光重复频率和输出镜透过率的情况下,内腔式KTA-光参量振荡器(OPO)的输出特性。通过对单谐振光参量振荡器阈值公式的讨论,采用平凹腔的结构以及较短的腔长,降低了光参量振荡器的振荡阈值。当声光重复频率为4 kHz,输出镜透过率为30%,抽运电流为14.5 A时,光参量振荡器的1570 nm激光输出脉冲峰值功率达到5.6×104 W,脉冲宽度为2.5 ns,实验中最大平均输出功率为560.3 mW。结果表明,具有良好热性能的非线性晶体KTA是制造小型、轻便光参量振荡激光器的理想材料。