资源描述：
《产生旁瓣的激光波前功率谱密度与焦斑性能分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第12卷 增刊强激光与粒子束Vol.12,No.s12000年11月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSNov.,2000文章编号:1001-4322(2000)s1-0153-05X产生旁瓣的激光波前功率谱密度与焦斑性能分析袁 静, 魏晓峰, 粟敬钦, 马 驰, 骆永全, 王建军, 何钰娟(中国工程物理研究院高温高密度等离子体物理国家重点实验室,四川绵阳919-988信箱621900) 摘 要:讨论了在放置与不放置焦斑形态控制器件KPP的两种情况下,采用功率谱密度模拟分析有旁瓣焦斑的激光
2、束波前分布的特点,并由此探讨高功率激光驱动器在无旁瓣的聚焦情形下,对入射到打靶透镜的激光束波前畸变量的控制要求。 关键词:功率谱密度;波前畸变;旁瓣 中图分类号:TN24文献标识码:A 有效控制靶区光束焦斑形态是研制高功率激光驱动器的基本要求之一。根据物理实验需求,高功率激光驱动器对光束控制提出了无旁瓣小焦斑进洞的物理目标,即:控制激光束<180Lm焦斑内的能量集122中度大于95%,且在注入洞口处旁瓣强度不超过1×10Wöcm。这比美国NIF的要求还要苛刻,因为NIF的靶腔要大得多,注入孔大于<2mm。
3、在强激光束传输过程中,其激光焦斑尺寸和能量分布直接影响激光束的可聚焦功率,而波前是决定激光束聚焦特性的主要因素之一,光束波前畸变对聚焦焦斑的主瓣大小和旁瓣的分布均有直接影响。传统的光学系统广泛采用波前峰-谷值、均方根值等来评价光束波前畸变,但这些传统的评价指标缺乏定量化的波前频谱描述功能,难以提供丰富的波前信息。波前功率谱密度(PSD:PowerSpectralDensity)是一种描述波前信息的新方法,基于傅立叶变换,可对波前进行频域分析,定量给出波前畸变的空间频率分布,并可确定各频率分量对聚焦焦斑的影响。 采
4、用PSD方法开展波前畸变与聚焦焦斑关系的研究,可为强激光束聚焦特性的研究提供一种新的[1]方法。在美国NIF中,已采用PSD来衡量光束波前畸变,且将空间频率划分为四段,在国内。本文采用PSD方法,在放置与不放置焦斑形态控制器件KPP(KinoformPhasePlate)两种情况下,通过模拟计算,分析了有旁瓣焦斑的激光束波前分布的特点,并探讨高功率激光驱动器在无旁瓣焦斑聚焦要求下,对入射到打靶透镜的激光束波前畸变的控制要求。在模拟计算中,采用GS算法进行光路逆算,对有旁瓣的焦斑进行输入光束的相位恢复。1 不放置KP
5、P时波前PSD与聚焦特性1.1 理论基础 根据标量衍射理论,如图1,若入射面上输入光场分布为E(x,y),透镜后焦面上输出光场分布为E(x’,y’),它们的关系由夫琅和费衍射公式给出1jkKjk(x’2+y’2)-jk(xx’+yy’)E(x’,y’)=ee2FkE(x,y)eFdxdy(1)jKF2式中,K为波长,k=2PöK,F为焦距。1.2 无畸变光束(1)焦斑分布:在一维情形下,设输入面的光场分布为无相位畸变的理想平面波,根据(1)式计算出的焦斑光强分布为理想分布,即为无旁瓣的中央一倍衍射极限焦斑。X收稿
6、日期:2000209206;修订日期:2000211214基金项目:国防科技基金研究基金资助作者简介:袁 静(19642),女,硕士,从事高功率激光技术研究。©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.154强激光与粒子束第12卷Fig.1TheopitcalpathlayoutwithKPPFig.2Theintensitydistributionofthewings图1 加相位板KPP光路示意图图2 旁瓣强度分布(2)波前PSD分
7、布:波前功率谱密度PSD是一种基于傅立叶变换描述波前信息的新方法,可对波前频域进行定量分析,从而确定各频率分量对焦斑的影响。 设L为取样长度,x为一维坐标,z(x)为每一坐标点x处波面的高度值,z(x)的傅立叶变换即谱函数Z(f)为L-j2PfxZ(f)=∫z(x)edx(2)0式中f为空间频率。[2] 一维情形下的功率谱密度PSD(用P表示)定义为z(x)的功率谱密度2ûZ(f)ûP=(3)L计算时需作离散化处理:设N为采样点数,$x为两采样点间距离,L=N$x,x=n$x,n=0,1,⋯N-1,f=möN$
8、x,-Nö2≤m≤Nö2,将z(x)用z(n)代替,Z(f)用Z(m)代替,则N-1-2PjnmöNZ(m)=$x∑z(n)e(4)n=0则PSD的数值计算公式为2N-1ûZ(m)û$x-2PjnmöN2P==û∑z(n)eû(5)N$xNn=0PSD的量纲为长度单位的三次方。在(5)式中,如果z(n)的单位为nm,$x的单位2为mm,则PSD的单位为nmm
