高功率钕玻璃激光器光束匀滑技术研究

摘要

惯性约束核聚变(ICF)对能源发展具有重要意义，其研究的关键在于建造具有高功率、高光束质量的激光系统。在ICF实验中，对靶面的辐照均匀性有相当高的要求，由此发展出大量的光束匀滑技术。现有的光束匀滑技术大体可分为空间域和时间域两类。通过理论和实验探索，装置中将光谱色散匀滑(SSD)和空间域匀滑技术透镜列阵(LA)、连续相位板相(CPP)结合的方案是可行的。　　在激光驱动器中采用SSD技术时，光谱色散后的激光束需在后续光路经过多级放大器与空间滤波器，放大器将注入的种子激光能量逐级放大到靶面所需的能量水平，是装置最重要的系统之一，不仅占总造价的很大比例，而且在很大程度上决定了系统的总体性能，其增益特性对光束匀滑造成的影响的研究具有重要的意义。钕玻璃放大器因为其增益带宽大、饱和通量高、荧光寿命较长、易于制成大尺寸等优点被广泛应用在国内外ICF固体激光器系统中，如美国国家点火装置、中国神光系列激光装置等均采用了氙灯抽运钕玻璃的片状放大器系统。　　本文研究了钕玻璃放大器的增益特性对高功率激光系统中光谱色散匀滑单元性能的影响。文中首先分析了无放大器时SSD单元参数对匀滑效果的影响。然后通过二维数值计算对采用放大器后SSD+LA和SSD+CPP的靶面焦斑的强度分布进行了分析。光路中加入SSD单元后，焦斑的辐照均匀性得到明显的提高，且在一定范围内激光带宽越大，其均匀性越好。详细的分析结果表明，入射光中心波长与放大器增益曲线中心波长不一致时，焦斑强度分布会受到一定的影响，且该影响随放大倍数增大趋于明显，而两个波长一致时，强度分布变化较小。靶面焦斑整体的辐照均匀性则主要取决于经过相位调制后的激光束的带宽，放大器的增益特性对其功率谱及均匀性无明显的影响。本文所得结论为光谱色散匀滑单元在激光系统中的实际应用提供了重要的理论参考。

目录

第一章 绪论

1.1 激光惯性约束核聚变

1.2 高功率固体激光驱动器

1.3 光束匀滑的要求和意义

1.4本论文的主要工作内容

第二章 高功率固体激光驱动器的光束匀滑技术

2.1空间匀滑技术

2.2时间匀滑技术

2.3 多种技术相结合的匀滑方案

2.4光束匀滑的评价指标

2.5本章小结

第三章 光谱色散匀滑技术

3.1光谱色散匀滑的基本原理

3.2经过光谱色散后光束的传输

3.3 SSD单元参数对匀滑系统的影响

3.4色循环数的考虑

3.5本章小结

第四章 激光放大器

4.1激光放大器的类型

4.2激光放大的基本原理

4.3钕玻璃放大器

4.4 本章小结

第五章 钕玻璃增益特性对多技术结合系统方案的影响

5.1单程钕玻璃放大器的计算模型

5.2 SSD+LA方案

5.3 SSD+CPP方案

5.4 本章小结

第六章 靶面焦斑的辐照均匀性

6.1 焦斑强度的分析

6.2 焦斑均匀性的分析

6.3 本章小结

总结与展望

工作总结

工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢