狭缝型空间滤波器的光束传输特性研究

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1、万方数据ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofEngineering一1stud、厂onbeampropagationcharacteristicslhestu0nbeampropagatloncharacterlstlcsi‘n7slitspatialfiltersPh．D．CandidateMajorSupervisorCo--SupervisorXiongHanOpticalEngineeringProf．YuanXiaoInstituteofModernOpt

2、icalTechnologies，SoochowUniversitySuzhou215006，P．R．ChinaSeptember,2014万方数据苏州大学学位论文独创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。敝储躲筐哆日期：竺型!竺万方数据学位论文使用授权声明本人完全了解苏州大学关于收集、保存和使用学位论文的规定，即

3、：学位论文著作权归属苏州大学。本学位论文电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。苏州大学有权向国家图书馆、中国社科院文献信息情报中心、中国科学技术信息研究所(含万方数据电子出版社)、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社送交本学位论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存和汇编学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索。涉密论文口本学位论文属在年—一月解密后适用本规定。非涉密论文留论文作者签导师签日期：妒／红lf．zz．万方数据狭缝型空间滤波器的光束传输特性研究中文摘要高功率激光驱动装置是激光聚变的重要装备，而空间滤波器则是高功率激光装置

4、运行所需的关键器件之一。采用空间滤波器能够有效地滤除光束中快速增长的中高空间频率，避免由此造成的小尺度白聚焦现象，提高输出光束的近场质量，保护激光系统中的光学器件不被局部过高的光强损伤，同时也承担着像传递和光束口径匹配等功能。虽然空间滤波器能够有效提高光束近场质量，但其使用也衍生出了其它一些问题，包括等离子体堵孔效应、空气击穿和镜面的粒子污染等。为避免上述情况的发生，空间滤波器往往需要被放置在高真空环境中以防止空气击穿，组成空间滤波器的透镜焦距也往往很大以降低远场强度延迟堵孔时间，这就大大增加了高功率激光装置的规模和辅助真空设备的投入以及维护，并降低了系统应用的便利性。针对目前空间滤波器所

5、存在的这些问题，本论文应用新型的狭缝型空间滤波器来取代高功率激光驱动装置中传统的针孔型空间滤波器。相比针孔型空间滤波器，狭缝型空间滤波器中的远场强度降低了两到三个数量级，能够在不影响输出光束质量的情况下大大缩短滤波器长度并降低滤波器所需的环境真空度，从而为建造紧凑型、高可靠性的激光驱动装置提供可能。同时本论文也利用狭缝滤波器进行了高功率激光驱动装置的主光路设计，为下一代激光驱动装置设计提供新的思路。本论文主要取得了以下研究进展和结果：1．提出了“交叉”四镜结构和“柱一球一柱”三镜结构等两种狭缝型空间滤波器。对包括美国利弗莫尔国家实验室提出的“四柱透镜”结构和两镜滤波结构在内的四种狭缝滤波器

6、进行了结构、功能和性能等方面的对比，认为“柱一球一柱”结构和两镜滤波结构可应用于聚变激光装置中，并具有激光装置规模小和更好抑制等离子体堵孔效应等优点；2．结合瑞利一索末菲衍射积分、透镜变换公式和多高斯平顶光束，对“柱一球一柱”结构和两镜滤波结构中的光束传输过程进行分析，从理论上解决了狭缝滤波器像传递功能不明确的问题，并引入了系统前焦面和系统后焦面的概念，扩展了对像传递万方数据中文摘要狭缝型空间滤波器的光束传输特性研究系统的认识。通过理论计算、模拟仿真和实验研究验证了“柱一球一柱”结构和两镜滤波结构的空间滤波、像传递和口径匹配等主要功能，与传统的针孔滤波器取得了一致结果。针对两镜滤波结构的输

7、出光束形变问题，模拟研究了两镜滤波结构输出光束的尺寸变化对输出频谱的影响，获得了输出光束尺寸与输出频谱之间的变化规律并进行了实验验证；3．采用“柱一球一柱”结构和两镜滤波结构对美国国家点火装置(NIF)中的传输空间滤波器进行了仿真模拟，在保证装置性能的基础上，狭缝滤波器可以有效降低装置的规模和抑制等离子体堵孑L效应，从而提高装置的可使用性和可靠性。仿真结果表明：采用“柱一球一柱"结构可以使NIF中的传输空间滤波器整体长度