[發明專利]慣性約束聚變裝置中基于光束動態干涉圖樣的快速光束勻滑方法

在審

• 申請號: 201910034861.4
• 申請日: 2019-01-15
• 公開（公告）號: CN109581682A
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 鐘哲強;張彬;孫年春
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G02B27/48
• 分類號: G02B27/48;G02B27/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種慣性約束聚變裝置中基于光束動態干涉圖樣的快速光束勻滑方法。該方法是在激光驅動慣性約束聚變裝置激光集束中，將集束分為兩兩組合的子光束對，每一子光束對均經過相同的連續相位板和偏振控制板，但其工作波長不同且分別插入一對共軛或互補位相板，通過每一對子光束間在遠場的動態干涉圖樣來實現對激光光束遠場焦斑的快速勻滑，從而在較短的積分時間內提高焦斑的均勻性。

技術領域

本發明涉及一種激光驅動慣性約束聚變(ICF)裝置中光束勻滑技術，具體涉及一種激光驅動慣性約束聚變裝置中基于光束動態干涉圖樣的快速光束勻滑方法。

背景技術

在激光驅動的慣性約束聚變(ICF)裝置中，廣泛采用了各種空域和時域的光束勻滑技術來實現對激光光束遠場焦斑均勻性的控制，以滿足物理實驗要求的高功率激光裝置可精密控制靶面光場分布。在已有的空域束勻滑技術中，常采用連續相位板來控制激光光束遠場焦斑包絡及均勻性，但由于激光光束內部子光束間的相干疊加，其遠場焦斑內部存在散斑結構。這一類散斑結構會導致激光束與靶丸相互作用過程中各種非線性不穩定效應的產生，從而降低激光束對靶丸的壓縮對稱性，因而需要結合時域束勻滑技術以抑制散斑的存在。現有的時域束勻滑技術包括誘導空間非相干束勻滑技術、光學空間平滑、光譜角色散勻滑技術和徑向光束勻滑技術等。

所述誘導空間非相干束勻滑技術是利用寬帶激光源來輻照遠場，能獲得極好的焦斑均勻性，但它只能適用于氣體準分子激光器作為激光源，而且需要使氣體準分子激光器運行在小能量工作條件下，以避免激光束在放大器中傳輸時產生非線性光學畸變。

所述光學空間平滑技術是利用光學色散元件將寬帶光源的時間非相干轉化為空間非相干，使得大量相互獨立的干涉散斑同時疊加在靶面上，以獲得均勻的遠場光強分布。這種減小前端光源相干性的方法可抑制激光束在遠場的高頻空間調制的產生，然而會對激光的脈沖時間波形產生破壞，影響激光束的傳輸與放大特性。

所述光譜角色散(Smoothing by Spectral Dispersion，SSD)勻滑技術是通過電光調制器對激光光束進行時間相位調制和利用光柵進行光譜角色散，實現激光束遠場散斑的掃動，從而在等離子體熱勻滑時間內提高遠場焦斑均勻性。目前，由于電光調制器的調制頻率受限，光譜角色散勻滑技術使焦斑達到穩定均勻性所需的時間為數十皮秒，遠大于各種非線性不穩定效應的增長時間，因而光譜角色散技術對非線性不穩定效應作用不明顯。

所述徑向光束勻滑技術是指通過泵浦光和光克爾介質對激光光束附加周期性球面位相以實現激光光束遠場焦斑在徑向方向上的勻滑，從而在較短積分時間內提高光束遠場焦斑的均勻性。徑向光束勻滑技術使焦斑達到穩定均勻性所需的時間僅為數皮秒，其與各種非線性不穩定效應的增長時間相近，可作為抑制非線性效應增長的一種潛在技術途徑。然而，徑向光束勻滑技術所需泵浦光難以實現，造價高昂。

發明內容

本發明的目的正是為克服現有技術中所存在的缺陷與不足，提供一種ICF裝置中基于光束動態干涉圖樣的快速光束勻滑新方法。在ICF裝置激光集束(集束為多個子光束的集合)中，每一子光束均經過相同的連續相位板、偏振控制板和透鏡聚焦至遠場焦面。該方法是將集束分為兩兩組合的子光束對，每一對子光束所經過的連續相位板和偏振控制板相同，但工作波長不同且分別插入一對共軛相位板，通過每一對子光束間在遠場的動態干涉圖樣實現對激光光束遠場焦斑的快速勻滑，從而在較短的積分時間內提高遠場焦斑的均勻性。

本發明提出的ICF裝置中基于光束動態干涉圖樣的快速光束勻滑方法可用于直接驅動和間接驅動的ICF裝置，以改善對靶面輻照的均勻性。

本發明提出的ICF裝置中基于光束動態干涉圖樣的快速光束勻滑方法可作為現有束勻滑技術的一種補充手段，以進一步改善靶面輻照均勻性，尤其是在數皮秒時間尺度內改善焦斑的中高頻強度調制，并提供一種抑制激光等離子體相互作用的潛在技術途徑。

為實現上述目的，本發明采用由以下技術措施構成的技術方案來實現。