高功率固體激光光束質(zhì)量診斷方法研究.pdf

1、光束質(zhì)量診斷是激光領(lǐng)域的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)研究?jī)?nèi)容，從激光出現(xiàn)到目前一直備受關(guān)注，但是由于不同應(yīng)用目的對(duì)光束“質(zhì)”的要求不同，因此光束質(zhì)量評(píng)價(jià)至今沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，也未建立起標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量方法。慣性約束聚變(ICF)領(lǐng)域的激光驅(qū)動(dòng)裝置，運(yùn)行于高功率密度狀態(tài)，因而非線性效應(yīng)明顯，元件破壞風(fēng)險(xiǎn)大；系統(tǒng)龐大影響因素復(fù)雜，對(duì)測(cè)量精度要求卻很高，加之對(duì)光束近遠(yuǎn)場(chǎng)強(qiáng)度分布要求特殊，因此對(duì)描述光束質(zhì)量的評(píng)價(jià)參數(shù)必須進(jìn)行有針對(duì)性的研究，光束質(zhì)量測(cè)量也必須尋找各

2、種非相關(guān)的手段以驗(yàn)證測(cè)量結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。本文在目前ICF固體激光驅(qū)動(dòng)裝置光束質(zhì)量評(píng)價(jià)和測(cè)量方法的基礎(chǔ)上，圍繞光束質(zhì)量診斷中兩個(gè)急待解決的問題：光束近場(chǎng)調(diào)制評(píng)價(jià)和光束質(zhì)量診斷系統(tǒng)自身驗(yàn)證問題開展了研究工作，主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面： 1．基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論，建立了通量概率密度和功率譜密度兩種近場(chǎng)光束質(zhì)量評(píng)價(jià)模型，研究了兩者之間的聯(lián)系，提出中頻對(duì)比度、特征頻率和σ調(diào)制度作為新的近場(chǎng)評(píng)價(jià)參數(shù)。 2．根據(jù)兩種近場(chǎng)評(píng)價(jià)模型，對(duì)

3、TIL裝置從靜態(tài)到5.0GW/cm<'2>高強(qiáng)度輸出光束近場(chǎng)強(qiáng)度分布進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。研究表明，空間頻域分析方法更具優(yōu)越性，并依據(jù)特征頻率找出了近場(chǎng)的小尺度固定周期性調(diào)制來源，結(jié)合模擬計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)分析的正確性。且在此基礎(chǔ)上，研究了周期調(diào)制光束離開系統(tǒng)后在自由空間傳輸?shù)难莼匦浴?3．利用空間位相調(diào)制的徑向剪切干涉儀，研究了從單幅干涉圖中獲取高功率激光裝置光束波前位相、近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)光束質(zhì)量綜合診斷的方法。通過50J能量

4、之內(nèi)的干涉儀測(cè)量結(jié)果和CCD直接測(cè)量結(jié)果之間的對(duì)比，驗(yàn)證了該方法的可行性。 4．針對(duì)高功率激光裝置的輸出特性，綜合考慮近場(chǎng)的空間頻譜特征和目前干涉儀的極限載頻，預(yù)估了高功率下實(shí)現(xiàn)光束質(zhì)量綜合診斷存在的問題，并提出了解決這一問題的方案。 5．對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量圖像數(shù)據(jù)的去噪問題和診斷系統(tǒng)的像差標(biāo)定問題進(jìn)行了討論，并提出了一些初步判據(jù)。 論文的研究方法和結(jié)果對(duì)我國(guó)ICF高功率固體激光裝置光束質(zhì)量的診斷具有重要的理論意義和工程