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
Author Affiliations
Abstract
Research Center of Laser Fusion, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621900, China
FM-to-AM (frequency modulation-to-amplitude modulation) conversion caused by nonuniform spectral transmission of broadband beam is harmful to high-power laser facility. Smoothing by spectral dispersion (SSD) beam is a special broadband beam for its monochromatic feature at the given time and space on the near field. The traditional method which uses the optical spectral transfer function as filters cannot accurately describe its AM characteristics. This paper presents the theoretical analysis of the etalon effect for SSD beam. With a low-order approximation, the analytic model of the temporal shape of SSD beam is obtained for the first time, which gives the detailed AM characteristics at local and integral aspects, such as the variation of ripples width and amplitude in general situation. We also analyze the FM-to-AM conversion on the focal plane; in the focusing process, the lens simply acts as an integrator to smooth the AM of SSD beam. Because AM control is necessary for the near field to avoid optics damage and for the far field to ensure an optimal interaction of laser–target, our investigations could provide some important phenomena and rules for pulse shape control.
amplitude modulation etalon effect frequency modulation high-power laser smoothing by spectral dispersion High Power Laser Science and Engineering
2019, 7(2): 02000e21
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院研究生院, 北京 100088
理论阐述了光谱色散匀滑(SSD)技术的物理内涵,即SSD的焦斑匀滑效果来源于远场基元电场相位随时间的演化,在实际应用中不存在“运动”焦斑的物理图像。在此基础上,建立了远场强度分布形式不变但空间位置随时间变化的“强度扫动”光束的理论模型,通过数值模拟研究其匀滑特性,并与SSD的匀滑效果进行了对比分析。
激光光学 光谱色散匀滑 强度扫动 惯性约束聚变 辐照均匀性 激光与光电子学进展
2018, 55(11): 111405
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院研究生院, 北京 100088
在激光驱动惯性约束聚变研究中, 激光等离子体相互作用是影响点火的重要原因之一; 为了抑制激光等离子体的不稳定性, 诸多光束匀滑技术应运而生, 并得到广泛应用。为了获得更匀滑的焦斑, 提出集束多频调制光谱色散匀滑(SSD)技术, 并对其进行了理论研究; 该技术采用多束激光集束聚焦打靶, 利用单频调制单光束, 利用不同的频率调制不同的子束。结果表明, 该技术可以有效抑制多光束干涉导致的强度调制, 改善了远场光强分布的均匀性, 并且在采用更接近实际情况的色循环数时, 具有比传统多频调制SSD技术更好的匀滑效果。
激光光学 集束聚焦 多频调制 光谱色散匀滑 惯性约束聚变 辐照均匀性 中国激光
2017, 44(12): 1205003
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
在菲涅耳数的基础上重新定义了衍射特征量, 并将其定义扩展至聚焦或发散光路, 定义了一个光学系统中各光学元件衍射特征量的符号。通过全新的定义和扩展, 研究了波前畸变对近场调制度的影响以及正弦调频光谱色散平滑光束衍射传输引入的幅频调制的大小。以神光-Ⅲ主机主放大级为例, 研究了元件波前畸变对近场调制度的影响以及正弦调频光谱色散平滑光束衍射传输引入的幅频调制的大小。衍射特征量与能流分布F相结合, 可以作为评价高功率激光装置线性传输效应的一项受限指标, 指导高功率激光装置的设计。
衍射 菲涅耳数 线性传输 光谱色散匀滑 幅频效应 diffraction Fresnel number linear propagation smoothing by spectral dispersion FM-to-AM effect 强激光与粒子束
2014, 26(8): 081019
1 中国工程物理研究院激光聚变中心, 四川 绵阳 621900
2 中国科学技术大学光电子重点实验室, 安徽 合肥 230026
光谱色散匀滑(SSD)技术已经广泛应用于国内外各大高功率激光驱动器。但是由于工程设计原因，美国国家点火装置(NIF)以及国内神光-III原型(TIL)装置都只采用了一块光栅，相较于传统SSD技术，焦斑匀滑效果有所不同。经模拟发现，在初始的100 ps以内，缺失色散光栅的SSD技术匀滑性能下降，可以通过优化调制频率来降低这种影响。通过对单光栅下的SSD技术分析研究，为SSD技术在大型激光装置上的优化应用提供理论基础。
激光光学 高功率激光驱动器 光束匀滑 光谱色散匀滑 调制频率 光学学报
2013, 33(s1): s114007
1 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所, 上海 201800
2 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
在神光II九路装置上，利用谱色散匀滑(SSD)技术结合分布式相位板(DPP)技术，研究了激光焦斑在一维、二维谱色散匀滑下的分布。结果表明，一维谱色散匀滑使焦斑的焦斑通量对比度由0.7634[均方根（RMS）]下降到0.3685（RMS），结合二维匀滑下降到0.2638（RMS）；并结合各种评价方法对焦斑进行分析。实验为谱色散匀滑技术在神光II在线应用提供了参考。
激光技术 谱色散匀滑 分布式相位板 激光辐照均匀性 激光与光电子学进展
2012, 49(5): 053001
1 中国工程物理研究院激光聚变中心， 四川 绵阳 621900
2 中国科学技术大学光电子重点实验室， 安徽 合肥 230026
在高功率激光驱动的惯性约束聚变(ICF)系统中，为了提高束靶耦合效率，抑制激光与等离子体相互作用时产生的瑞利泰勒流体不稳定性与等离子体不稳定性，需要对光束进行匀滑处理。对各国研究的匀滑技术进行了调研，并对国外大型激光装置的匀滑技术进行了总结分析，分析了我国光束匀滑技术方面的进展情况。
激光光学 高功率激光驱动器 光束匀滑 光谱色散匀滑 偏振匀滑 相位板 激光与光电子学进展
2011, 48(10): 101407
1 中国科学院 上海光学精密机械研究所高功率激光物理国家实验室,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
在惯性约束聚变中,辐照的均匀性直接影响到内爆实验的效果,通常结合各种空间、时间平滑技术提高光束的均匀性。光谱色散平滑技术正是一种常用的时间平滑技术,其核心是频谱展宽技术。为提高频谱展宽的效果,将单通的腔式调制器设计成双通调制器,以满足光谱色散平滑技术中频谱展宽的要求。理论上计算了双通调制器情况下的速度匹配条件,得到了一个清晰的表达式,同时在实验上验证了理论分析的正确性,以此验证了双通调制器的可行性。最后基于以上方案,进一步提出了改进成多通调制器的构想。
激光物理 激光辐照均匀性 光谱色散平滑技术 双通调制器 准速度匹配
1 中国科学院 上海光学精密机械研究所 高功率激光物理国家实验室,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
利用柯林斯(Collins)传输公式和将硬边光阑展开为有限个复高斯函数之和的方法,分析了在静态高功率激光器系统中选取不同尺寸的空间滤波器小孔对谱色散匀滑(SSD)效果的影响,并且通过K.R.Manes等提出的统计光学模型,给出了存在相位畸变和振幅调制时小孔选取的模拟计算方法。数值模拟表明,在神光Ⅱ第9路多功能激光器系统中,目前使用的空间滤波器小孔会使部分色散光束的光谱成分被阻断,使得焦斑通量对比度从无孔时的22％增大到36％,影响光SSD效果;分析给出了满足光SSD使用的空间滤波器的小孔尺寸。
谱色散匀滑 空间滤波器 柯林斯传输公式 硬边光阑 透镜阵列
