变角度薄膜衰减器的应用研究.pdf

《变角度薄膜衰减器的应用研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第卷第期光学学报，年月，文章编号：（）变角度薄膜衰减器的应用研究黄杰蔡希洁林尊琪（高功率激光物理国家实验室，上海）中国科学院上海光学精密机械研究所，上海摘要：对可应用于神光!精密化项目的变角度薄膜衰减器进行了理论分析、数值计算，在小激光装置上进行了闭环自动衰减控制实验。模拟实验证实了该衰减器具有精密连续可调、大口径、高能量负载、高光束质量的特点，这是其它光学衰减器难以做到的。关键词：变角度薄膜衰减器；衰减器；闭环自动控制；精密能量控制中图分类号：文献标识码：精密能量平衡是惯性约束核聚变中功率平衡的到两种偏振光的透射率曲线如图所示。［］基础。在神光!精密化项目中，为

2、了达到路激光功率的平衡，需要对能量精确地进行控制。该项目对能量衰减器的要求非常严格，要求能量衰减器具有大口径、高能量负载、高光束质量以及精密连续可调的特点。一般的衰减器通常不能同时满足这些要求。本文参照国外高功率激光装置提及的能量衰［，］减方案，对变角度薄膜衰减器进行了初步的研［］究，并且实现了两路闭环自动控制，达到了（）的能量平衡控制精度。显然，由于光束斜入射单块基板玻璃时，会发生变角度薄膜衰减器的工作原理光束位置平移，这对于神光!精密化应用是不允许变角度薄膜衰减器最初步的设想，来源于偏振的。为了让衰减器的插入尽量不影响原有光路的工光在通过玻璃基板时，其能量透射

3、率随入射角的变作，需要对该平移进行补偿。实验中采用了对称的化而变化。对于普通的玻璃基板，由菲涅耳公式有相同结构进行补偿，如图所示。通过机械结构设（#）"##计，在两块基板玻璃同时相向转动的过程中，"!（#）"##，由下面的（）式和（）式，得到光路的偏移量（#）（#），#$（#）不超过。因此这种光束平移的影响（#）#（）可以忽略。"###!"#（##）（#）（#），（（##）#为入射角，#为折射角。考虑一般的实验条件，有"，"（玻璃，!"），得国家科委高科技资助课题。收稿日期：；收到修改稿日期：期黄杰等：变角度薄膜衰减器的应用研究，，⋯，（）（）（）其次，计算每个膜

4、层的相位厚度［（!）］，（）$［（!）］，，，⋯，（）"（）（）（）（）再次，计算每个膜层的导纳因此，只要从机械上控制两块基板玻璃同时反向旋，分量转，则可以控制通过该装置的透射率，达到连续调节，，⋯，（）!，分量的目的。计算整个膜系的特征矩阵若考虑用未镀膜的玻璃基片直接进行衰减控!制，由于仪器的对称设计，垂直入射时（忽略光在玻［］［］［］，（）（）璃内部次反射和玻璃的吸收）具有最大透射率，仅为能量反射率和透射率分别为［（）］，（）（）（）［（）］，（）这对于实际应用来说，会造成较大的能量损耗。这（）（）这就是在后面的理论计算时采用的计算公式。对于神光#精密化以及其

5、它的大多数应用来说，是通过以上的数值计算，图给出了最大透射率不允许的。另外，从透射率曲线的形状要求考虑，若对应的入射角与膜层厚度的关系。指厚度系数，则采用偏振光，则必须镀膜减少反射；若采用偏振光，在全反射角之前，透射率曲线变化平缓，幅度较膜层结构中每层的厚度为［!（）］。通过该关系，可以设计选择出满足工作要求的膜层厚度。小，在全反射角之后剧烈下降，也不大适合进行调整使用，除非采用对透射率曲线影响较大的膜层结构。实验中采用了偏振光的调整方式。膜层结构对衰减曲线的影响为了满足神光#精密化的高能量负载的要求，选择了几种能承受高功率、高能量的镀膜材料，并将它们进行组合，用

6、干涉薄膜的特征导纳矩阵方法进行数值计算，从中选出了两种增透膜结构进行实验：膜层结构（），为了验证数值计算的准确与否，用实验测定了膜层结构（该膜层的实际透射率曲线。实验采用的光路示意图）如图所示。除基板玻璃外，各层膜厚度皆为（）。!为了减少不必要的能量损耗，衰减器通常要工作在高透射率的位置上。由于该衰减器采用将衰减光反射出去的工作方式，因此，可以通过控制膜层厚度的方法，让衰减器工作于某一角度范围之内，从而使反射光偏离原光路，以避免影响激光器的运作，减少对原光路的影响。当该衰减器工作在神光#精密化项目中主放大器后时，这一点是非常重要的。下面给出整个膜系的能量透射与反射

7、的总计算!：；：；：由于两路的分光比固定，因此，在插入衰减器公式和步骤。首先，折射角由折射定律确定，之前两路的光能量的比值为⋯光学学报卷（!）（!），透射率为"范围内），因此该衰减器理论、为光电探头读数，（·）表示多次测量取平上可达的调节精度。但因光路与探头的测量均值，加入衰减器后，两路的光能量比值（相对透射精度的关系，实验时只能达到（）的精度。率曲线）为（!）（!），两路能量平衡的闭环自动控制实验于是绝对透射率为根据实际测得的透射率曲线，采用计算机控制（!）（!）步进马达，利用自己编制的控制程序，进行了两路能（!）量平衡的闭环自动控制实验。控制时采用了将实际利用

8、此方法测得