高功率激光驱动器偏振匀滑技术研究

摘要

偏振匀滑(PS)技术利用正交偏振光不相干的特点，通过两束或者多束正交偏振光在靶点叠加，实现焦斑空间分布的均匀化，从而实现对靶面的均匀辐照。虽然国际上已有在ICF装置上应用偏振匀滑技术的先例，但对于我们来说，目前仍然停留在初步理论层面，还没有系统开展过理论和实验研究，更没有用于物理实验，因此开展相关的工作十分必要。
　　本论文探索了高功率激光驱动器偏振匀滑技术，分析了不同的驱动方式对辐照均匀性的要求，对比国内外大型激光装置中光束偏振匀滑的应用，研究焦斑空间频率全域匀滑的进场偏振分布、线偏振光通过单轴晶体的偏振特性和焦斑功率谱与光束近场之间的关系，探索使用楔形晶体实现偏振匀滑的设计。提出一种用于单束激光偏振匀滑的液晶偏振匀滑器件，制造一种2×2棋盘式液晶板，证明它可以有效地降低1053nm激光焦斑的rms强度变化。通过使用CPP和液晶匀滑器件，归一化的焦斑强度变化减少到仅使用CPP焦斑的78.4％。激烈的调制峰被明显抑制，焦斑的形状也和预期一致变得更加模糊。使用液晶匀滑器件之前与之后的焦斑FOPAI曲线对比表明其有效性。
　　通过分析神光-Ⅲ主机装置的终端组件设计、常规运行条件和构型结构，设计锥光中平板偏振匀滑元件，考虑对晶体坯料的需求分析了元件材料的选择与晶体的切割方式，开展利用平板晶体实现偏振匀滑的实验研究，并在神光-Ⅲ主机装置进行了偏振匀滑验证实验。根据实验结果可以证明平板偏振匀滑晶体的设计和加工均满足要求，根据对横向拉曼散射的测量表明该匀滑平板可以在装置上安全使用。
　　这种偏振匀滑技术可以有效提高焦斑均匀性，降低对比度，为高功率激光驱动器偏振匀滑技术的应用提供了可靠的技术方案。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 惯性约束聚变的基本概念

1．2 激光惯性约束核聚变简介

1．3 高功率激光驱动器发展概况

1．4 研究束匀滑技术的意义

1．5 偏振匀滑技术的发展现状

1．5．1 双折射楔偏分离器

1．5．2 偏振光控制板

1．5．3 应力双折射器

1．6 偏振匀滑技术国内研究现状

1．7 本论文的主要内容和目标

2 光束偏振匀滑技术

2．1 不同驱动方式对光束匀滑技术的需求

2．1．1 直接驱动

2．1．2 间接驱动

2．2 偏振匀滑技术在大型激光装置中的实现方式

2．2．1 三倍频KDP楔

2．2．2 三倍频近Z切割KDP平板

2．2．3 基频集束偏振旋转

2．2．4 三倍频阵列化偏振旋转

2．3 焦斑空间频率全域匀滑的近场偏振态分布

2．4 线偏振光通过单轴晶体的偏振特性

2．5 焦斑功率谱与光束近场之间存在的理论关系

2．6 楔形晶体的偏振匀滑器件设计

2．7 平板的偏振匀滑器件设计

2．8 本章小结

3 平板匀滑器件在线验证

3．1 SG-Ⅲ主机装置终端组件和KDP晶体

3．2 元件材料的选择与晶体切割方式

3．3 偏振匀滑技术在SG-Ⅲ主机装置的实现

3．3．1 实验条件

3．3．2 焦斑匀滑效果判断

3．3．3 焦斑分离参数测试

3．3．4 PS元件横向SRS效应判断

3．4 结论

3．5 本章小结

4 基于液晶的偏振匀滑技术

4．1 使用液晶材料的偏振匀滑研究

4．2 液晶器件的分子取向

4．3 实现复杂分子取向模式的技术

4．4 液晶匀滑器件在高功率激光装置的应用

4．4．1 液晶匀滑器件的理论分析

4．4．2 液晶匀滑器件实验分析

4．4．3 液晶匀滑器件的使用前景

4．5 本章小结

5 结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文情况

攻读硕士学位期间学术成果获奖情况