[發明專利]一種高功率多程放大激光系統的光路設計方法

有效

• 申請號: 201710371565.4
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN107085297B
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 袁強;張曉璐;胡東霞;代萬俊;楊英;張鑫;王德恩;趙軍普;薛嶠;曾發;王深圳
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02B27/46
• 代理公司: 北京同輝知識產權代理事務所(普通合伙) 11357
• 代理人: 劉洪勛

本發明涉及一種高功率多程放大激光系統的光路設計方法，屬于激光系統技術領域，用空間頻譜上的點表征各程光束的走向和腔反射鏡姿態，建立各程光路頻譜點和腔反射鏡頻譜點，基于相鄰光程的光路頻譜點相對于腔反射鏡頻譜點對稱，構建各程光路頻譜點和腔反射鏡頻譜點的相互關系，在二維平面內解析出各頻譜點的位置，確定空間濾波器中小孔分布位置、各程光束走向和腔反射鏡姿態，完成多程放大激光系統的光路設計，本發明將角譜對稱理論應用于光束傳播過程中，簡化了設計過程，整個設計方法簡單易行，特別適用于高功率多程放大激光系統的光路設計，適用范圍廣，適用于各種構型的光路設計。

技術領域

本發明屬于激光系統技術領域，具體地說涉及一種高功率多程放大激光系統的光路設計方法。

背景技術

慣性約束聚變是靠粒子本身的慣性來實現“約束”的一種聚變方法，是一種將物質壓縮并加熱到高溫高密度狀態以實現可控熱核聚變的科學技術，其產生的物質狀態屬于高能量密度物理研究的范疇，通常需要建造大型驅動器來實現能量加載，如高功率激光裝置、高能粒子束裝置、Z箍縮裝置等。

目前，在這些驅動器技術中，激光驅動方式最為成熟，能夠為慣性約束聚變提供“點火”量級的驅動能量。因此，世界主要大國均開展了不同程度的激光核聚變研究，并建造了系列大型高功率固體激光驅動器，如美國的國家點火裝置(National IgnitionFacility)，法國的兆焦耳激光裝置(Laser Megajoule)和中國的神光系列激光裝置等。這些裝置均采用了組合口徑、多程放大(四程)的激光技術方案，即將多束激光排列成組束結構(如4×2陣列)，并使脈沖多次通過放大器來提取能量，以提高系統的抽取效率，降低整體造價。

隨著研究的深入，人類目前已實現了聚變燃料的α粒子加熱，并逐步逼近聚變點火，且有望在將來實現清潔的聚變能源。在向清潔能源邁進的道路上，激光驅動器的建設成本成為關鍵制約因素之一，為了降低裝置造價，人們將采用更多程數及更為復雜的多程放大激光系統設計。光路是多程放大激光系統設計的核心問題之一，決定了能流設計、脈沖注入輸出和級間隔離的可實現性，傳統光路設計基于反射定律與折射定律，在空間域進行。由于面向未來裝置的多程放大激光系統復雜程度更高和優化維度更多，空間光路設計方法難度大，在一定程度限制了多程放大激光系統的設計空間。

發明內容

針對現有技術的種種不足，為了解決上述問題，發明人根據光束傳播的空域可以與脈沖傳輸的時域相對應，在脈沖傳輸過程中，許多時域無法分析的問題都通過變換到頻域來進行，發明人將角譜對稱理論應用于光束傳播過程中，將空間光路設計變換到空間頻域來進行，根據多程放大激光系統的光路特點，利用角譜對稱實現了任意構型的高功率多程放大激光系統的光路設計。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種高功率多程放大激光系統的光路設計方法，包括以下步驟：

S1：用空間頻譜上的點表征各程光束的走向和腔反射鏡姿態，建立各程光路頻譜點和腔反射鏡頻譜點；

S2：基于相鄰光程的光路頻譜點相對于腔反射鏡頻譜點對稱，構建各程光路頻譜點和腔反射鏡頻譜點的相互關系；

S3：在二維平面內解析出各頻譜點的位置；

S4：確定空間濾波器中小孔分布位置、各程光束走向和腔反射鏡姿態，完成多程放大激光系統的光路設計。

進一步，所述激光系統包括第一腔反射鏡、第二腔反射鏡、空間濾波器、放大器、等離子體電光開關和偏振片，所述第一腔反射鏡、第二腔反射鏡分別位于系統的兩端，所述空間濾波器由2個透鏡和小孔陣列組成，對光束進行空間低通濾波，所述放大器位于空間濾波器的側面，所述等離子體電光開關和偏振片位于空間濾波器同側，所述偏振片位于等離子體電光開關和第二腔反射鏡之間。

進一步，在步驟S1之前還包括驗證所述激光系統是否滿足工程應用，具體驗證方法為：