准分子激光前端光束形态控制技术研究-中国工程科学.PDF

准分子激光前端光束形态控制技术研究 赵学庆， 薛全喜， 郑国鑫， 黄　珂， 肖伟伟， 易爱平， 刘晶儒 （西北核技术研究所，西安 ７１００２４） ［摘要］　在高功率准分子激光系统中，前端光束形态直接决定着系统输出的光束形态，并直接与靶物理需求 密切相关。 主要介绍了窄脉冲准分子激光前端光束形态控制的实验研究进展，基于散射法获得了满足系统 要求的部分相干源，直接利用三束激光脉冲堆积获得了平顶整形脉冲，并结合放大实验结果对上述实现方法 进行了评价分析。 ［关键词］　准分子激光；光束平滑；均匀性；脉冲整形；高功率 ［中图分类号］　ＴＮ２４８．２１　［文献标识码］　Ａ　［文章编号］　１００９－１７４２（２００９）０８－００５２－０６ 均匀性小于２％，并且具有所需脉冲形状。 1　前言 大多数光束平滑方法是在靶前应用，如列阵透 作为高功率激光器件，准分子激光具有良好的 镜（ｌｅｎｓａｒｒａｙ，ＬＡ）、随机相位板（ｒａｎｄｏｍ ｐｈａｓｅｐｌａｔｅ， 光束均匀性和可重频运行两大突出特点，这使它自 ＲＰＰ）和相息相位板（ｋｉｎｏｆｏｒｍ ｐｈａｓｅ ｐｌａｔｅ，ＫＰＰ） 等， 然成为聚变能源（ｉｎｅｒｔｉａｌ ｆｕｓｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ，ＩＦＥ）研究的 目前在固体激光中比较重要的光谱色散方法 候选者之一，并成为惯性聚变物理和高能密度物理 （ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ ｂｙ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ，ＳＳＤ）虽然在应用 研究的有力工具［１，２］ 。 物理研究往往要求靶面光束 于前端，但往往与相位板方法联合使用。 由于激光 形态具有一定的灵活性，对光束形态的控制可以在 系统末放输出能量水平很高，这些方法的应用必须 ［３，４］ 前端，也可以在靶前 。 对于高功率 ＭＯＰＡ（ｍａｓ- 考虑激光破坏阈值的限制因素，而对其中纯空域的 ｔｅｒ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）激光系统，前端种 光束平滑方法，还存在小尺度干涉斑纹。 对于准分 子光性能对系统激光输出时空特性有着决定性影 子激光，特别适合采用无阶梯诱导空间非相干（ｅｃｈ- 响，且因前端能量水平低，比较容易处理，如果能够 ｅｌｏｎ ｆｒｅｅ ｉｎｄｕｃｅｄ ｓｐａｔｉａｌ ｉｎｃｏｈｅｒｅｎｃｅ，ＥＦＩＳＩ）光束平 在前端通过调节种子光参数得到所需靶面辐照，从 滑技术，该技术是在前端应用，兼具空域平滑和时 经济上和改善效果上应是最理想的。 准分子激光 域平滑的特点，效果非常理想，如美国海军实验室 波长短、宽带宽，采用气体工作介质，介质本身的非 的ＮＩＫＥ装置，采用 ＥＦＩＳＩ 技术，靶面单束靶面辐照 线性相移很小，原则上可以实现高保真光束传输， 不均匀性小于 １．３％，４４束叠加后为０．４％［５］ 。 与 且没有倍频环节，所以不存在前端控制的物理限 固体激光相比，准分子激光的脉冲整形研究滞后很 制［４］ 。 光束形态控制主要指对光束在空域和时域 多。 准分子激光属于宽带激光，光束叠加不会产生 分布的控制，即空间整形和时间整形。 由于许多实 干涉引起的强度波动，比较适合应用脉冲堆积法， 验要求光束平顶的光强分布，以实现对靶面的均匀 利用若干窄脉冲激光堆积可产生靶物理需要的各 辐照，空间整形也称为光束平滑。 靶物理对高功率 种脉冲，哈尔滨工业大学利用受激布里渊压缩 激光系统的光束参数要求很苛刻，要求靶面光束不 （ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ，ＳＢＳ）产生的窄脉冲进 ［收稿日期］　２００８－１２－２０ ［基金项目］　“八六三”激光惯性约束聚变技术领域资助项目（２００６ＡＡ８０４６０４） ［作者简