ICF系统中全息透镜聚焦特性及衍射效率分析.pdfVIP

维普资讯 第 15卷 第 3期 强 激 光 与 粒 子 束 VoI．15，NO．3 2003年 3月 HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS Mar．，2003 文章编号 ：l00l一4322(2o03)03—0234—03 ICF系统 中全息透镜聚焦特性及衍射效率分析 杨春林 ， 张蓉竹 ， 杨李茗 ， 许 乔 (1．成都精密光学工程研究中心，四川 成都 610041；2．四川大学 光电系，四川 成都 610064) 摘 要 ： 根据全息透镜的工作原理 ，利用光线追迹法对其聚焦特性进行 理论分析 。使用标量衍 射法分析了全息透镜 的衍射效率 ，讨论 了不同的光栅槽型对其衍射效率 的影响。对分析过程 中所涉及 到的有关近似处理方法的使用和影响进行了说明，讨论了全息透镜用作取样光栅的优点。 关键词： 全息透镜；ICF驱动系统；光线追迹；衍射效率 中图分类号：0438．1 文献标识码 ：A 为保证 ICF驱动系统 的正常、安全运行 ，都需要对驱动器中的每一路三倍频激光进行分光 、检查抽样和整 形等处理。这些功能可 以利用衍射光学原理所制备 的元件来实现 。在美 国的 NIF系统 中，由分光光栅 (CsG)、取样光栅 (BSG)和整形器件(KPP)三块光栅来实现上述功能。其中的BSG就是一块低衍射效率的全 息透镜 。另据报道 ，欧洲的LIL和LMJ系统针对基频光和三倍频光分别采用 了 1，3cu两块光栅 ，其 中的3w 光栅为一块高衍射效率多功能的全息透镜 。因此，我们有必要仔细研究有关 BSG 的理论 ，了解它的特性 。 全息透镜 的早期研究工作 1970年前后有较多的报道 。Meier导出了全息透镜的成像公式并分析了它的 像差，Champagne等人又将其工作推广到离轴情况 ]，并用计算机详细分析了全息透镜的像差，还进行 了波像 差的分析。在国内，近年来也有一些关于全息透镜应用 的研究。但全息透镜用于 ICF驱动器还未见相关报 道 ，本文主要从理论上对这一应用的原理进行 了分析，并对其聚焦特性进行了相应的计算 ，得到的结论可供我 国 ICF工程实践参考。 1 全息透镜的聚焦特性的理论分析 对一般相位全息图的再现进行分析 ，通常采用傅立叶级数展开的方法。尽管全息透镜也是全息图的一种 ， 但采用这种方法进行分析却有很多不利之处。对全息透镜的分析一般基于光线追迹的方法 ]。通常记录的全 息透镜其条纹整体上是弯曲的，光线追迹的方法认为全息图条纹较密，可以在局部近似的认为全息图条纹是直 条纹 ，且邻近条纹的干涉极大方向完全决定 了全息透镜 的聚焦特性 。全息图的几何性质以全息术 的光线追迹 方程为基础 ，利用该方程，就可以追踪通过全息图的光线。平面全息图的追迹方程为[4 sin(01)一sin(0~)±(／)-[sin(0o)一sin(0,)] (1) 式中： 是记录与再现全息图之间的标度因子 ，是再现 与记录 的光波长比；Or， ， ，0i分别是全息 图上任意一 点的法向量与参考光源 、物光源、再现光源和像点到该任 意点连线的夹角 (式 中负号对应原始像 ，正号对应共轭 像)。 作为确定全息图几何性质的基础 ，有必要将 (1)式进 行仔细的推导。假设全息图条纹较密，可 以在局部近似 地认为是直条纹光栅 ，这些局部的直条纹光栅的各级干 涉峰合成了全息透镜的对应级别的聚焦点。 全息透镜的记录与再现示意如 图 1所示 ，方框表示 全息记录面 ，R点与。点分别表示记录时的参考光源和 Fig．1 Lightpathoftheholographicrecordandreconstruction 物光源。C点是再现光源 ，再现像点位置用 J来表示。 图 1 记 录和再现时的光路 R点与C点可以重合也可以不重合 ，C点与J点也一样 。 收稿 日期 ：20