惯性约束聚变装置中基于光束动态干涉图样的快速光束匀滑方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种惯性约束聚变装置中基于光束动态干涉图样的快速光束匀滑方法。该方法是在激光驱动惯性约束聚变装置激光集束中，将集束分为两两组合的子光束对，每一子光束对均经过相同的连续相位板和偏振控制板，但其工作波长不同且分别插入一对共轭或互补位相板，通过每一对子光束间在远场的动态干涉图样来实现对激光光束远场焦斑的快速匀滑，从而在较短的积分时间内提高焦斑的均匀性。

Fast Beam Smoothing Method Based on Beam Dynamic Interference Patterns in Inertial Confinement Fusion Device

The invention relates to a fast beam smoothing method based on dynamic interference pattern of a beam in an inertial confinement fusion device. In the laser cluster of laser driven inertial confinement fusion device, the method divides the cluster into two groups of combined sub-beam pairs. Each sub-beam pair passes through the same continuous phase plate and polarization control plate, but its working wavelength is different and a pair of conjugated or complementary phase plates are inserted respectively. The far-field focus of laser beam is realized by dynamic interference patterns between each pair of sub-beams in the far field. Fast smoothing of spot can improve the uniformity of focal spot in a shorter integration time.

【技术实现步骤摘要】
惯性约束聚变装置中基于光束动态干涉图样的快速光束匀滑方法
本专利技术涉及一种激光驱动惯性约束聚变(ICF)装置中光束匀滑技术，具体涉及一种激光驱动惯性约束聚变装置中基于光束动态干涉图样的快速光束匀滑方法。
技术介绍
在激光驱动的惯性约束聚变(ICF)装置中，广泛采用了各种空域和时域的光束匀滑技术来实现对激光光束远场焦斑均匀性的控制，以满足物理实验要求的高功率激光装置可精密控制靶面光场分布。在已有的空域束匀滑技术中，常采用连续相位板来控制激光光束远场焦斑包络及均匀性，但由于激光光束内部子光束间的相干叠加，其远场焦斑内部存在散斑结构。这一类散斑结构会导致激光束与靶丸相互作用过程中各种非线性不稳定效应的产生，从而降低激光束对靶丸的压缩对称性，因而需要结合时域束匀滑技术以抑制散斑的存在。现有的时域束匀滑技术包括诱导空间非相干束匀滑技术、光学空间平滑、光谱角色散匀滑技术和径向光束匀滑技术等。所述诱导空间非相干束匀滑技术是利用宽带激光源来辐照远场，能获得极好的焦斑均匀性，但它只能适用于气体准分子激光器作为激光源，而且需要使气体准分子激光器运行在小能量工作条件下，以避免激光束在放大器中传输时产生非线性光学畸变。所述光学空间平滑技术是利用光学色散元件将宽带光源的时间非相干转化为空间非相干，使得大量相互独立的干涉散斑同时叠加在靶面上，以获得均匀的远场光强分布。这种减小前端光源相干性的方法可抑制激光束在远场的高频空间调制的产生，然而会对激光的脉冲时间波形产生破坏，影响激光束的传输与放大特性。所述光谱角色散(SmoothingbySpectralDispersion，SSD)匀滑技术是通过电光调制器对激光光束进行时间相位调制和利用光栅进行光谱角色散，实现激光束远场散斑的扫动，从而在等离子体热匀滑时间内提高远场焦斑均匀性。目前，由于电光调制器的调制频率受限，光谱角色散匀滑技术使焦斑达到稳定均匀性所需的时间为数十皮秒，远大于各种非线性不稳定效应的增长时间，因而光谱角色散技术对非线性不稳定效应作用不明显。所述径向光束匀滑技术是指通过泵浦光和光克尔介质对激光光束附加周期性球面位相以实现激光光束远场焦斑在径向方向上的匀滑，从而在较短积分时间内提高光束远场焦斑的均匀性。径向光束匀滑技术使焦斑达到稳定均匀性所需的时间仅为数皮秒，其与各种非线性不稳定效应的增长时间相近，可作为抑制非线性效应增长的一种潜在技术途径。然而，径向光束匀滑技术所需泵浦光难以实现，造价高昂。
技术实现思路
本专利技术的目的正是为克服现有技术中所存在的缺陷与不足，提供一种ICF装置中基于光束动态干涉图样的快速光束匀滑新方法。在ICF装置激光集束(集束为多个子光束的集合)中，每一子光束均经过相同的连续相位板、偏振控制板和透镜聚焦至远场焦面。该方法是将集束分为两两组合的子光束对，每一对子光束所经过的连续相位板和偏振控制板相同，但工作波长不同且分别插入一对共轭相位板，通过每一对子光束间在远场的动态干涉图样实现对激光光束远场焦斑的快速匀滑，从而在较短的积分时间内提高远场焦斑的均匀性。本专利技术提出的ICF装置中基于光束动态干涉图样的快速光束匀滑方法可用于直接驱动和间接驱动的ICF装置，以改善对靶面辐照的均匀性。本专利技术提出的ICF装置中基于光束动态干涉图样的快速光束匀滑方法可作为现有束匀滑技术的一种补充手段，以进一步改善靶面辐照均匀性，尤其是在数皮秒时间尺度内改善焦斑的中高频强度调制，并提供一种抑制激光等离子体相互作用的潜在技术途径。为实现上述目的，本专利技术采用由以下技术措施构成的技术方案来实现。本专利技术的设计构思是：在激光驱动的惯性约束聚变装置激光集束中，将每一集束分为两两组合的子光束对，每一对子光束对的工作波长不同且分别插入一对共轭位相板，亦即其位相分布共轭或互补。由于工作波长不同、位相分布共轭或互补，每一对子光束对均在远场形成动态干涉图样，从而实时、动态地改变焦斑内部散斑的位置和强度，进而实现对远场焦斑的快速匀滑。所述设计中，每一对子光束经过共轭位相板、连续相位板和透镜后，其在远场的光场分布可表示为：式中，A(x,y)＝A0exp[-(x2N+y2N)/w2N]eiφ(x,y)为子光束的近场光场分布，Φ(x,y)＝-Φ*(x,y)为共轭位相板的位相分布，ω和ω‘分别为两子光束的工作频率，φCPP为CPP对子光束的位相调制，“FT”表示傅里叶变换。在积分时间Δt内，远场光强分布为：式中，Δt为积分时间，“||”表示取绝对值。所述位相板的位相分布可以但不限于是倾斜面、柱面、球面和螺旋面。所述位相板的插入位置为远场终端组件之间，可单独作为“即插即用”的位相元件插入至远场终端组件之间，亦可与连续相位板联合加工成同一块位相元件插入至远场终端组件之间，其实现方式灵活可变。所述工作波长之差在0.01nm至1nm之间，以同时保证子光束之间的相干性和使焦斑均匀性达到稳定所需的匀滑时间在40ps至0.4ps之间。本专利技术所述的基于光束干涉图样的快速光束匀滑技术，可使激光束远场散斑在横向、径向或角向等方向扫动，以实现激光束远场焦斑在任意方向的匀滑。本专利技术所述的基于光束干涉图样的快速光束匀滑技术，亦可同时使激光束远场散斑在横向、径向和角向等方向的组合扫动，以同时实现激光束远场焦斑的多方向匀滑。本专利技术与现有技术相比所具有的优点及有益的技术效果如下。1、本专利技术首次提出了惯性约束聚变装置的激光驱动系统中基于动态干涉图样的快速光束匀滑方法，实现了激光束远场散斑的多方向快速匀滑。2、本专利技术所述的惯性约束聚变装置中基于动态干涉图样的快速光束匀滑方法与现有一维SSD(1D-SSD)相比，通过使焦斑内部散斑在横向、径向和角向等方向或其组合的扫动，从而在较短积分时间内能实现远场焦斑的匀滑，并能有效地避免激光束在远场产生条纹状的强度调制。3、本专利技术所述的惯性约束聚变装置中基于动态干涉图样的快速光束匀滑方法，在与现有二维SSD(2D-SSD)、CPP联合后，可在较短时间内大幅度地改善激光束对靶面的辐照特性，尤其是降低焦斑中高频强度调制的产生。4、本专利技术所述的惯性约束聚变装置中基于动态干涉图样的快速光束匀滑方法，与现有SSD、径向匀滑相比，通过在远场终端组件插入位相板和使子光束工作波长不同的方法实现对远场焦斑的匀滑，满足即插即用的要求，实现方式灵活可变。附图说明图1是本专利技术实现所述惯性约束聚变装置中基于动态干涉图样的快速光束匀滑方法的示意图，即在激光集束中插入元件2可实现快速光束匀滑。图2是本专利技术所述惯性约束聚变装置中基于动态干涉图样的快速光束匀滑方法中的位相板的位相分布，其中，(a)为倾斜位相，(b)为柱面位相，(c)为球面位相，(d)为螺旋位相。图3是本专利技术所述惯性约束聚变装置中基于动态干涉图样的快速光束匀滑方法中无连续相位板时的焦斑，其中，(a)为已有的1D-SSD光束的焦斑，(b)为快速光束匀滑方案在不同时刻的焦斑。图4是本专利技术所述惯性约束聚变装置中基于动态干涉图样的快速光束匀滑方法中有连续相位板时的焦斑，其中，(a)为已有的2D-SSD光束匀滑的焦斑，(b)为单独使用快速光束匀滑方法的焦斑，(c)为2D-SSD和快速光束匀滑方案联合使用时的焦斑。图5是本专利技术所述惯性约束聚变装置中基于动态干涉图样的快速光束匀滑方法中有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种惯性约束聚变装置中基于光束动态干涉图样的快速光束匀滑方法，其特征在于在激光驱动的惯性约束聚变装置激光集束（集束为多个子光束的集合）中，每一子光束均经过相同的连续相位板3、偏振控制控制板4和透镜5聚焦至远场焦面，通过将集束分为两两组合的子光束对，每一对子光束所经过的连续相位板3和偏振控制板4相同，但工作波长不同且分别插入一对共轭相位板2，通过每一对子光束间在远场的动态干涉图样实现对激光光束远场焦斑的快速匀滑，从而在较短的积分时间内提高远场焦斑的均匀性。

【技术特征摘要】
1.一种惯性约束聚变装置中基于光束动态干涉图样的快速光束匀滑方法，其特征在于在激光驱动的惯性约束聚变装置激光集束（集束为多个子光束的集合）中，每一子光束均经过相同的连续相位板3、偏振控制控制板4和透镜5聚焦至远场焦面，通过将集束分为两两组合的子光束对，每一对子光束所经过的连续相位板3和偏振控制板4相同，但工作波长不同且分别插入一对共轭相位板2，通过每一对子光束间在远场的动态干涉图样实现对激光光束远场焦斑的快速匀滑，从而在较短的积分时间内提高远场焦斑的均匀性。2.根据权利要求1所述的快速光束匀滑方法，其特征在于激光集束中每一对子光束的工作波长不同且经过共轭的位相板2。3.根据权利要求1所述的快速光束匀滑方法，其特征在于位相板的位相...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟哲强，张彬，孙年春，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51