激光放大傳輸模擬系統(tǒng)中遠(yuǎn)場聚焦分辨率提升算法研究.pdf

1、高功率激光裝置是慣性約束聚變(ICF)研究中必不可少的驅(qū)動源。由于高功率激光裝置實(shí)驗(yàn)條件苛刻、運(yùn)行成本高昂，因此，計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬已經(jīng)成為研究高功率激光系統(tǒng)中放大傳輸過程的重要輔助手段，它不僅能夠預(yù)測一些重要的物理現(xiàn)象，而且也是高功率激光裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要工具。
　　在激光放大傳輸過程的數(shù)值模擬軟件設(shè)計(jì)工作中，對激光束二維空間取樣時，計(jì)算范圍和網(wǎng)格數(shù)量的選取，需要同時兼顧放大和傳輸兩種物理過程的計(jì)算效率，通常計(jì)算范圍是有限的。以片狀

2、放大器為例，計(jì)算范圍超出釹玻璃二維尺寸即可。這樣帶來的后果是，當(dāng)最終放大傳輸后的高功率激光束通過透鏡遠(yuǎn)場聚焦時，計(jì)算結(jié)果的空間分辨率明顯不足，只是形成一個尖銳的峰值。所以本文的研究重點(diǎn)就是，在二維計(jì)算范圍受限的情況下，探索提升激光遠(yuǎn)場聚焦光斑分辨率的計(jì)算方法。主要工作如下:
　　1.通過擴(kuò)大激光束計(jì)算范圍，將可以提升激光遠(yuǎn)場聚焦光斑分辨率。不過，分辨率提升以計(jì)算網(wǎng)格數(shù)量擴(kuò)大為代價，相應(yīng)地，計(jì)算消耗時間也增長?；谟行в?jì)算范圍以外、

3、激光束能量趨于零的物理事實(shí)，計(jì)算范圍擴(kuò)大可以通過補(bǔ)零實(shí)現(xiàn)。在此前提下，通過推導(dǎo)比較補(bǔ)零前后的遠(yuǎn)場聚焦傳輸情況，理論上證明了，能夠利用補(bǔ)零以前的傳輸結(jié)果來重建補(bǔ)零后的高分辨數(shù)據(jù)，并給出相應(yīng)數(shù)學(xué)表達(dá)式。
　　2.根據(jù)理論推導(dǎo)結(jié)論，研究了二維計(jì)算范圍和網(wǎng)格數(shù)量受限情況下，提升激光遠(yuǎn)場聚焦光斑分辨率的計(jì)算方法。首先，以向量標(biāo)記算法為基礎(chǔ)，對傳輸計(jì)算過程中反復(fù)調(diào)用的傅里葉變換代碼進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)了分辨率提升的串行算法并編碼實(shí)現(xiàn)。其次，采用以共