慣性約束聚變裝置中基于光克爾效應(yīng)的徑向光束勻滑裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種激光驅(qū)動(dòng)慣性約束聚變裝置中光束勻滑技術(shù)，具體涉及一種 慣性約束聚變(ICF)裝置中基于光克爾效應(yīng)的徑向光束勻滑裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在激光驅(qū)動(dòng)慣性約束聚變（ICF)裝置中，由于物理實(shí)驗(yàn)要求高功率激光裝置可精 密控制靶面光場(chǎng)分布，因而廣泛采用了各種空域光束勻滑技術(shù)和時(shí)域光束勻滑技術(shù)，以在 ICF裝置中實(shí)現(xiàn)對(duì)激光光束遠(yuǎn)場(chǎng)焦斑均勻性的控制，亦即改善其對(duì)靶面輻照的均勻性。在已 有的空域光束勾滑技術(shù)中，常采用連續(xù)相位板(Continuous Phase Plate，CPP)來(lái)控制激光 光束遠(yuǎn)場(chǎng)焦斑輪廓，但由于激光光束內(nèi)部子光束間的相干疊加，其遠(yuǎn)場(chǎng)焦斑內(nèi)部存在散斑 結(jié)構(gòu)；這一類(lèi)散斑結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致激光束與靶丸相互作用過(guò)程中各種參量不穩(wěn)定性效應(yīng)的產(chǎn) 生，從而降低激光束對(duì)靶丸的壓縮對(duì)稱(chēng)性，因而需要采用時(shí)域光束勻滑技術(shù)以抑制散斑的 存在，減小各種參量不穩(wěn)定性效應(yīng)的危害?，F(xiàn)有的時(shí)域光束勻滑技術(shù)主要包括誘導(dǎo)空間非 相干束勻滑、光學(xué)空間平滑、偏振勻滑和光譜角色散勻滑等技術(shù)。
[0003] 所述誘導(dǎo)空間非相干束勻滑技術(shù)是利用寬帶激光源來(lái)輻照遠(yuǎn)場(chǎng)，能獲得極好的焦 斑均勻性，但它只能適用于氣體準(zhǔn)分子激光器作為激光源，而且需要使氣體準(zhǔn)分子激光器 運(yùn)行在小能量下，以避免激光束在放大器中傳輸時(shí)產(chǎn)生非線(xiàn)性光學(xué)畸變。
[0004] 所述光學(xué)空間平滑技術(shù)是利用光學(xué)色散元件將寬帶光源的時(shí)間非相干轉(zhuǎn)化為空 間非相干，使得大量相互獨(dú)立的干涉散斑同時(shí)疊加在靶面上，以獲得均勻的遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布。 這種減小前端光源相干性的方法可抑制激光束在遠(yuǎn)場(chǎng)的高頻空間調(diào)制的產(chǎn)生，然而會(huì)對(duì)激 光的脈沖時(shí)間波形產(chǎn)生破壞，影響激光束的傳輸與放大特性。
[0005] 所述偏振勻滑技術(shù)是利用雙折射光楔、偏振旋轉(zhuǎn)扳等光學(xué)元件改變光束截面內(nèi)的 偏振態(tài)，實(shí)現(xiàn)光束內(nèi)部子光束的消相干疊加，以減小遠(yuǎn)場(chǎng)焦斑對(duì)比度。這一方法的優(yōu)點(diǎn)是能 瞬時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)焦斑的勻滑，對(duì)于提高靶面輻照初期的遠(yuǎn)場(chǎng)焦斑均勻性富有成效，但雙折射光 楔主要用于單一光束的勻滑，并且會(huì)受到受激拉曼散射帶來(lái)的損傷，而偏振旋轉(zhuǎn)扳的缺點(diǎn) 則是僅當(dāng)多光束疊加時(shí)才有勻滑效果。
[0006] 所述光譜角色散(Smoothing by Spectral Dispersion，SSD)勾滑技術(shù)是通過(guò)對(duì) 激光光束進(jìn)行時(shí)間相位調(diào)制和利用光柵進(jìn)行光譜角色散，實(shí)現(xiàn)激光束遠(yuǎn)場(chǎng)散斑的掃動(dòng)，從 而在等離子體熱勻滑時(shí)間內(nèi)提高遠(yuǎn)場(chǎng)焦斑均勻性。目前，一維SSD(ID-SSD)的缺點(diǎn)是僅能實(shí) 現(xiàn)激光光束遠(yuǎn)場(chǎng)散斑在光柵色散方向，即X方向或y方向的掃動(dòng)，導(dǎo)致其遠(yuǎn)場(chǎng)焦斑內(nèi)部出現(xiàn) 沿光柵色散方向的條紋狀的光強(qiáng)調(diào)制，因而又提出了二維SSD勻滑技術(shù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了激光束 在X方向和y方向兩個(gè)正交方向的光束勾滑;但由于二維SSD中激光束在遠(yuǎn)場(chǎng)存在不可避免 的相干現(xiàn)象，進(jìn)而又提出了三方向SSD勻滑技術(shù)，該勻滑技術(shù)通過(guò)使近場(chǎng)激光束的頻率趨于 無(wú)規(guī)，進(jìn)一步提高了靶面輻照均勻性。然而，三方向SSD勻滑技術(shù)存在光路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)節(jié)困 難等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本實(shí)用新型的目的正是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷和不足，提供一種慣性 約束聚變裝置中基于光克爾效應(yīng)的徑向光束勻滑(Radial Sm〇〇thing，RS)新裝置，所述徑 向光束勻滑裝置是加入在慣性約束聚變裝置光傳輸鏈中的預(yù)放大系統(tǒng)和主放大系統(tǒng)之間， 該徑向光束勻滑裝置的加入，能夠?qū)崿F(xiàn)光傳輸鏈中激光光束遠(yuǎn)場(chǎng)焦斑在徑向方向上的勻 滑，從而在較短的積分時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)激光光束遠(yuǎn)場(chǎng)輻照的均勻性，亦即改善其靶面輻照的均 勻性。
[0008] 本實(shí)用新型提出的慣性約束聚變裝置中基于光克爾效應(yīng)的徑向光束勻滑裝置，可 用于直接驅(qū)動(dòng)和間接驅(qū)動(dòng)慣性約束聚變裝置，以改善對(duì)靶面輻照的均勻性。
[0009] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用由以下技術(shù)措施構(gòu)成的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
[0010] 本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)構(gòu)思是:在激光驅(qū)動(dòng)的慣性約束聚變裝置光傳輸鏈中的預(yù)放大 系統(tǒng)和主放大系統(tǒng)之間，加入一基于光克爾效應(yīng)的徑向光束勻滑裝置，所述的徑向光束勻 滑裝置由皮秒激光器、脈沖堆積單元、透鏡、二向色鏡、光克爾介質(zhì)和濾光元件組成;其中脈 沖堆積單元由分束器、多路光纖和合束器構(gòu)成;所述皮秒激光器輸出的高斯脈沖經(jīng)過(guò)光纖 脈沖堆積單元時(shí)，由分束器分成多個(gè)子高斯脈沖，各個(gè)子高斯脈沖經(jīng)各自長(zhǎng)度不同的光纖 傳輸至合束器，經(jīng)合束器合束后得到周期性高斯脈沖;周期性高斯脈沖經(jīng)透鏡、二向色鏡耦 合至慣性約束聚變裝置的光傳輸鏈中，并在經(jīng)過(guò)光克爾介質(zhì)后被濾光元件濾除；利用光克 爾介質(zhì)和皮秒激光器輸出的周期性高斯脈沖相互作用產(chǎn)生的周期性球面位相調(diào)制，以對(duì)所 述光傳輸鏈中的激光光束透射波前進(jìn)行周期性調(diào)制，實(shí)時(shí)改變其遠(yuǎn)場(chǎng)焦斑的尺寸，實(shí)現(xiàn)快 速變焦;快速變焦進(jìn)一步引起遠(yuǎn)場(chǎng)焦斑內(nèi)部散斑的徑向掃動(dòng)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)激光光束遠(yuǎn)場(chǎng)焦 斑在徑向方向上的勻滑，從而在較短的積分時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)激光光束遠(yuǎn)場(chǎng)輻照的均勻性，即改 善激光光束靶面輻照的均勻性。
[0011] 本實(shí)用新型提供的一種慣性約束聚變裝置中基于光克爾效應(yīng)的徑向光束勻滑裝 置，包括種子光輸出單元，預(yù)放大系統(tǒng)，主放大系統(tǒng)，反射鏡，連續(xù)相位板，聚焦透鏡，靶面； 按照本實(shí)用新型還包括徑向光束勻滑裝置，該徑向光束勻滑裝置由皮秒激光器，光纖脈沖 堆積單元，透鏡，二向色鏡，光克爾介質(zhì)和濾光元件組成；其中，光纖脈沖堆積單元由分束 器、多路光纖和合束器組成;按照光路描述:從種子光輸出單元輸出的激光束依次經(jīng)過(guò)預(yù)放 大系統(tǒng)、二向色鏡、光克爾介質(zhì)，濾光元件、主放大系統(tǒng)、反射鏡和連續(xù)相位板后，再經(jīng)聚焦 透鏡聚焦在靶面上;從皮秒激光器輸出的高斯脈沖經(jīng)過(guò)光纖脈沖堆積單元得到周期性高斯 光束，再經(jīng)透鏡、二向色鏡耦合到慣性約束聚變裝置光傳輸鏈中，經(jīng)光克爾介質(zhì)后，其受到 周期性高斯脈沖即栗浦光的作用產(chǎn)生周期性球面位相調(diào)制，實(shí)時(shí)調(diào)制所述光傳輸鏈中的激 光束的透射波前；同時(shí)周期性高斯脈沖被濾光元件濾除;所述光傳輸鏈中激光束的透射波 前受到周期性球面位相調(diào)制后，依次經(jīng)過(guò)主放大系統(tǒng)、反射鏡和連續(xù)相位板，再經(jīng)聚焦透鏡 聚焦到靶面;其遠(yuǎn)場(chǎng)光斑尺寸發(fā)生周期性變化，引起遠(yuǎn)場(chǎng)焦斑內(nèi)部散斑在徑向的快速掃動(dòng)， 在較短的積分時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)靶面的徑向勻滑，即改善對(duì)靶面輻照均勻性。
[0012] 上述方案中，所述徑向光束勻滑裝置位于慣性約束聚變裝置光傳輸鏈中預(yù)放大系 統(tǒng)和主放大系統(tǒng)之間。
[0013] 上述方案中，所述光克爾介質(zhì)為石墨烯、或二硫化碳。
[0014] 上述方案中，所述徑向光束勻滑裝置中的皮秒激光器，選用可調(diào)諧的皮秒激光器， 或鈦寶破秒激光器，或摻Y(jié)b3+光纖皮秒激光器。
[0015] 上述方案中，所述徑向光束勻滑裝置中所述皮秒激光器輸出高斯脈沖的半高全寬 的脈寬Iw應(yīng)與所述的積分時(shí)間相近;所述積分時(shí)間為10ps至Ins之間。
[0016] 上述方案中，所述濾光元件為旋光片、或?yàn)V光片，或空間濾波器的一種。
[0017] 本實(shí)用新型所述的徑向光束勻滑技術(shù)，即是使激光束遠(yuǎn)場(chǎng)散斑在靶面沿徑向方向 掃動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)激光束遠(yuǎn)場(chǎng)焦斑在徑向方向的勻滑，所述徑向方向是指在靶面沿半徑的方向， 垂直成〃 Γ字型。
[0018] 本實(shí)用新型所述的慣性約束聚變裝置中基于光克爾效應(yīng)的徑向光束勻滑裝置，在 慣性約束聚變裝置光傳輸鏈中使用連續(xù)相位板的前提下，可單獨(dú)使用，亦可與現(xiàn)有的1D-SSD勻滑裝置聯(lián)合使用，以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)光傳輸鏈中激光束的遠(yuǎn)場(chǎng)散斑在徑向方向和光柵色 散方向的勻滑。
[0019] 本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)及有益的技術(shù)效果如下：
[0020] 1、本實(shí)用新型首次提出了慣性約束聚變裝置的激光驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中基于光克爾效應(yīng) 的徑向光束勻滑裝置，實(shí)現(xiàn)了光傳輸鏈中激光束遠(yuǎn)場(chǎng)散斑在徑向方向的光束勻滑。
[0021] 2、本實(shí)用新型所述的慣性約束聚變裝置中基于光克爾效應(yīng)的徑向光束勻滑裝置， 是利用光克爾介質(zhì)和周期性高斯脈沖相互作用后產(chǎn)生的周期性球面位相調(diào)制，進(jìn)一步對(duì)光 傳輸鏈中激光束的透射波前進(jìn)行周期性調(diào)制，從而實(shí)時(shí)改變其遠(yuǎn)場(chǎng)焦斑的尺寸，實(shí)現(xiàn)快速 變焦;快速變焦進(jìn)一步引起遠(yuǎn)場(chǎng)散斑的徑向掃動(dòng)，最終在較短的積分時(shí)間內(nèi)提高激光光束 的遠(yuǎn)場(chǎng)輻照均勻性。
[0022] 3、本實(shí)用新型所述的慣性約束聚變裝置中基于光克爾效應(yīng)的徑向光束勻滑裝置 與已有1D-SSD相比，能避免激光束在遠(yuǎn)場(chǎng)產(chǎn)生條紋狀的強(qiáng)度調(diào)制的產(chǎn)生，因而激光束的遠(yuǎn) 場(chǎng)光斑尺寸發(fā)生周期性變化，即快速變焦，從而引起遠(yuǎn)場(chǎng)焦斑內(nèi)部散斑在徑