宽带高损伤阈值低色散镜是拍瓦激光系统中不可或缺的光学元件。系统性地研究了金属-介质镜、介质镜和组合介质镜的光学性能、色散特性、抗损伤特性以及损伤机理。介质膜能够提高金属膜的损伤阈值,银-介质低色散镜的传输效率和损伤阈值比Au、Al更高;在飞秒激光作用下,金属-介质镜在近损伤阈值处为典型的鼓包形貌,这是由于金属层吸收了大量能量而产生了热应力破坏。在组合介质镜中,保护层HfO2的存在降低了Ta2O5中的电场,初始损伤层被转移至HfO2中,且在不牺牲反射带宽和色散性能的前提下介质膜的损伤阈值得到了提升。

为实现弱信号对比度的高动态范围测量,基于二阶自相关理论,提出了一种实现纳焦级弱信号对比度高动态范围测量的方法。理论分析了能量(功率)、相位匹配和测量噪声对测量动态范围的影响,发现通过对测量噪声能量的光子计数进行探测、精确设置相位匹配过程中的非共线角,并采用聚焦和滤波方式对测量噪声进行抑制,可有效提升测量的动态范围。在此基础上,建立了一台弱信号高动态范围测量系统,利用神光II高能拍瓦激光种子源,实现了纳焦级弱信号1.0×10 11的高测量动态范围,这一数值与理论分析结果相符;同时,实现了种子源4.3×10 8对比度的准确甄别。研究结果对国内高能拍瓦激光系统对比度的提升具有重要意义。

高能拍瓦激光器系统中的空间滤波器透镜的色差会影响聚焦强度。研究了用衍射器件预校正系统轴向色差的可行性及设计方法,并给出具体的设计实例。结果表明,单片衍射器件可以预补偿高能拍瓦激光系统的轴向色差,且其总光焦度为零易于使用,特征线宽为数微米。为高能拍瓦激光系统的色差校正提供了一种新的解决思路。

Grating tiling technology using small aperture multilayer dielectric coating diffraction gratings to form large-aperture high-damage threshold gratings is the key technology to solve the output energy of the PW laser system. There are errors of five degrees of freedom between each adjacent pair of gratings within a tiled-grating system, affecting the spatial and temporal property of the laser beam. The authors express the relationship of far-field intensity distribution as the function of individual error by analyzing the effect of tiling gratings errors on the laser beam spatial distribution with Fraunhofer diffraction method and simulate it with numerical method. The results indicate the distortion in the pulse shape caused by angle error is negligible, the piston errors including in-plane shift and out-of-plane shift errors are the critical effects on the far-field intensity distribution.

用拼接小尺寸多层介质膜衍射介质膜衍射光栅的办法制作大口径的高破坏阈值光栅成为解决拍瓦激光系统输出能量的关键技术——光栅拼接技术。拼接的每个光栅都存在五维自由度的偏差，对激光脉冲的空间特性和时间特性产生影响。用夫琅禾费衍射的方法分析了拼接光栅的偏差对光束空间特性的影响，建立了偏差和远场强度分布之间的函数关系并用数值方法进行模拟，得出角度偏差对光束远场分布的影响可以忽略，而位移偏差：光栅间拼缝和前后位移偏差是影响光束远场分布的关键因素。