激光束低频畸变波前模型的计算模拟.pdfVIP

激光束低频畸变波前模型的计算模拟 粟敬钦”，魏晓峰2，马驰2，袁静2，高福华‘，郭永康 “四川大学物理幕·成都，6100“) (2激光囊受研究中心擞光技木工程郝，绵阳，919信糖9豁分箱．621900) 羹薹： 本文在分析强激光束低频位相噤声特点触基础上，采用位相均方根梯度表征激 光柬的低频位相噪声并结合随机位相屏构建相应的畸变波前模型．通过模拟计算．给出低频 位相嗓声的均方根梯度与聚焦光斑尺寸构初步规律． 关■●t 擞光焦斑：麓帆位相霹；均方抿梯度；位相噪声 l引言 在激光惯性约束聚变中，为获得高功率密度的激光以及保证靶腔内高温，同时为防止 等离子体堵口．保证激光能量的高效注入，物理实验对聚焦光斑的尺寸以及其功率密度分 布提出了严格的要求”】．因此．为获得物理实验所需的聚焦光斑，对影响强激光光束质量的 各种物理原因进行仔细研究是十分必要的． 在影响强激光束质量的众多因素中．激光束所经过的各种光学元件的质量是其中主要 园素之一口I。本文采用位相均方根梯度(RMs phI∞Faa硫)描述光学元件引入的低频段 噪声．通过建立合理的畸变波前模型，模拟计算了激光焦斑分布．初步给出光学元件引入 的低额段位相噪声与光束聚焦特性的一般规律． 2基本理论 2．J低频位相臻声的特点 根据LLNL研究表明w。在光束传播过程中，光束的波前畸变主要是由于引入的位相噪 声所决定。在频域空问中，可将箕分为高频噪声和低频噪声。低频位相噪声具有较丈的菲 涅尔数．衍射效应弱．在光束传柏过程中，其仍I；【位相形式存在而不会影响光束撮幡的分 布．故系统内各种低频位相嗓声具有非相干叠加的特点．即满足Rss(motⅧ．sq哪d)叠 加攫律． 矽=w叶(．∥) (1) 因此。在分析光学元件引入的拉相噪声对光束质量的影响时，不必分别对每个光学元 件作单独光传输计算．只需通过非相干叠加得到光束在整个传辕过程中总的光学元件引入 的话频位相噪声，再进行分析。 2．2位胡均方根梯厦的引入 设位相函数为“毛y)-沿x方向和y方向的位相梯度函数gm矗(x，力，gm方(毛y) 定义为位相函数对x和，的一阶偏徽分： (2) gr鲫叭x，力=．兰烈而力gr4矗协”=兰颤墨y) 谚 蠡 夸 Jgrl耐(毛y)=删酽—z删暑y)2+霉r‘-咖(工，y)2】(3) 射称暑，谢(x，)，)的均方根为位相均方根梯度． 从几何光学观点来看．光线的传播方向沿波茁的法线方向，位相面的梯度决定了光束 的传播方向．因此．在一定的聚焦条件下，光束聚焦后的焦斑分布取决于聚焦透t前赣入 匾位据的的梯度分布．较之其它衰征低撅位相噪声的参数(如P．v值，z∞址e多硬式等)， 位相的均方根梯度更反映光传输的物理实质． 2．3 t变蕾酋模垂的建立 根据l_l的分析，我们可将光学元件的低频位相噪声简化为一随机位相屏来处理．该位 相屏具有低频位相嗓声的特点．可用下式实现． 广厂 、1 一㈠舻叶【审2+镑2川 ㈩ “一表示卷积． 其中．m树Mp』，刀为在-l到l之间均匀分布的随机数序列， sg是决 定位相噪声空间起伏的参数，不同的sg，可产生不同空间起伏韵位相噪声，该参数与位相 屏的自相关函数有关． 采用适当的比例因子对位相屏进行缩放，即可获得不同均方根梯度的位相屏． 3辏拉计算 3．1瞳机位相屏的镶拟 根据(4)式，模拟计算得到的一维随机位相屏如图i所示．其尺寸为30cm·30∞．均 方根梯度o．1w。虮m．s『8cm．图2为图l所示随机位相屏的位相梯度分