动态聚焦中小焦斑的波前判据

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1、物理学报ActaPhys.Sin.Vol.62,No.20(2013)205206动态聚焦中小焦斑的波前判据黄小霞1)2)高福华1)袁强2)胡东霞2)张崑2)周维2)代万俊2)邓学伟2)1)(四川大学,高能量密度物理及技术教育部重点实验室,成都610064)2)(中国工程物理研究院激光聚变研究中心,绵阳621900)(2013年6月18日收到;2013年7月17日收到修改稿)在直接驱动中,由于靶丸在内爆过程中不断压缩变小,激光束的初始焦斑与压缩后的靶丸不再匹配,导致能量从靶丸边缘流失.光学动态聚焦是指在靶丸压缩变小的过程中,动态减小辐照焦斑的尺寸,这对提高

2、光束与靶丸的耦合效率有着非常重要的意义.靶丸压缩后期小焦斑的实现条件是解决光学动态聚焦的首要问题.根据光的全频段传输规律,本文采用构造低频和中高频波前畸变源的方法,在不同目标焦斑的束匀滑条件下,分别给出了小焦斑尺寸与低频波前、中高频波前的定标关系,作为小焦斑实现方式的波前判据.根据波前判据即可找出要实现不同的小焦斑需对低频和中高频波前畸变矫正控制的范围.关键词:直接驱动,光学动态聚焦,波前畸变,焦斑尺寸PACS:52.57.Bc,42.25.Kb,42.25.Fx,42.15.DpDOI:10.7498/aps.62.205206如,在冲击点火实验[8]中

3、,NIF装置采用直径约1引言2018m的靶丸,压缩前期采用直径约1710m的焦斑,末级采用直径约800m的焦斑[9];Omega装在惯性约束核聚变(ICF)中,直接驱动是将激置采用直径约930m的靶丸,压缩前期采用直径光束直接辐照在靶丸表面,通过与靶壳相互作用产约700m的焦斑,末级分别试验了直径约240和生等离子体向外膨胀,产生的反向应力压缩剩余靶440m的焦斑,试验表明压缩末级采用长短轴直径丸产生聚变.这种方式没有能量的转化,直接将激分别为288与212m的椭圆焦斑时激光与靶丸的光能量耦合到靶丸上,可以更充分地利用激光能量.耦合效率最高[

4、10].袁强等[8]对直接驱动中靶丸的但是,直接驱动在辐照均匀性和流体力学稳定性上压缩过程进行了模拟,模拟结果表明,在压缩后期,有着严格的要求,因此美国国家点火装置(NIF)最靶丸的临界密度面直径从1600m收缩到了600初设计时并没有采用直接驱动.现在,湿润泡沫靶m,需要的末级辐照焦斑尺寸约为540m.一般来丸的发展使激光吸收得到了进一步提升[1],等熵参说,辐照焦斑直径d与靶丸直径D满足d60:9D时数整形提高了靶丸压缩的流体力学稳定性[25],直具有较高的耦合效率[6].因此,靶丸压缩末级小焦接驱动以其较高吸收率和较高增益的优势重新得斑的实现

5、条件是研究聚焦的首要问题,必须首先对到了重视.末级光脉冲波前进行分析.然而在直接驱动中,随着靶丸的压缩变小,辐实际装置中,光束先经过复杂的光学系统,然照在靶丸上的光束均匀性不断下降且很多能量会后到达束匀滑器件,最后经过透镜形成焦斑.光束从靶丸的边缘流失[6].光学动态聚焦(opticalzoom-在经过复杂的光学系统后有着不同程度的畸变,使ing)是指随着靶丸变小逐步减小焦斑尺寸,使焦斑束匀滑条件下形成的焦斑变大,找出波前畸变与束始终与之匹配,这对解决靶丸压缩后光束与靶丸匀滑条件下焦斑尺寸的定标关系就是本文要研究不匹配引起的一系列问题具有重要意义.然而,不

6、的问题.这个定标关系可以作为束匀滑条件下小焦同靶丸在压缩后期对焦斑尺寸的要求不同[7].例斑与波前质量的判据,通过此判据来逆向确定实现通讯作者.E-mail:gaofuhua@scu.edu.cn⃝c2013中中中国国国物物物理理理学学学会会会ChinesePhysicalSocietyhttp://wulixb.iphy.ac.cn205206-1物理学报ActaPhys.Sin.Vol.62,No.20(2013)205206特定尺寸的小焦斑需控制的波前畸变范围.Eobj表示目标场,Φ表示位相,虚线框中表示相对于标准GS算法改进的步骤.迭代算法从初始的

7、随2设计原理机连续位相代入流程开始,在第m次迭代中,若当前次的均方根误差比第m1次小,则接受当前位连续相位板(CPP)属于空域整形技术,通过调相分布,若否,则继续迭代.迭代过程中,采用滤波节近场位相来实现远场的焦斑轮廓整形,其相对于后的远场振幅取代Eobj,然后通过逆傅里叶变换,求其他空域整形技术[11]来说,在消除焦斑大尺度不得近场振幅Enf和相位Φnf,并对近场相位做相位均匀性,控制焦斑形态上有着明显的优势,因此本展开和高频滤波处理,得到连续的近场相位,进行文的束匀滑器件采用CPP.CPP设计来源于位相恢第m+1次迭代.近场相位经相位解开后存在部分复

8、问题,其改进的算法流程如图1[12;13]所示.高频的不连续点,因