相位共軛鏡在10Hz重復(fù)率焦耳級激光系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.pdf

1、受激布里淵散射(SBS)技術(shù)在高能高功率激光器中有著很為廣闊的應(yīng)用前景。利用SBS相位共軛技術(shù)可以改善高能高功率激光器的輸出光束質(zhì)量，受激布里淵散射(SBS)相位共軛鏡(PCM)具有很高的能量轉(zhuǎn)換效率，能實時補償光學(xué)系統(tǒng)熱畸變和材料不均勻性等因素引起的波前畸變，提高光束質(zhì)量和聚焦功率密度，大幅降低高能激光系統(tǒng)的造價，因此在慣性聚變能源(Inertial Fusion Energy-IFE)激光驅(qū)動器研究中具有很重要的意義。在以往的研究中

2、，SBS相位共軛鏡的注入能量相對較低，無法滿足大型的高能高功率激光系統(tǒng)的應(yīng)用要求。高能高功率SBS相位共軛鏡比低能量的共軛鏡結(jié)構(gòu)要復(fù)雜?，F(xiàn)有的SBS激光系統(tǒng)由于受到其它非線性效應(yīng)的限制，其輸出能量和重復(fù)頻率都還不能滿足IFE對激光驅(qū)動器的要求。本文對雙池的受激布里淵散射相位共軛鏡的反射率進行了較為系統(tǒng)的研究，并為10Hz,焦耳量級激 光系統(tǒng)中應(yīng)用SBS相位共軛鏡提出了幾種新的設(shè)計方案。本文在SBS的理論方面，闡述了SB S-PCM反射相

3、位共軛光的基本原理。通過分析產(chǎn)生光學(xué)擊穿的雪崩電離模型可知，采用過濾介質(zhì)和提高焦距等手段 可以提高光學(xué)擊穿的閾值。選用低吸收介質(zhì)減少熱效應(yīng)的產(chǎn)生，而引入循環(huán)系 統(tǒng)則可以緩解熱效應(yīng)積累，采用雙池的方法可有效的提高閾值，增大負載。限 制SBS-PCM工作在高負載條件下的主要因素有光學(xué)擊穿和熱效應(yīng)。本論文根據(jù)理論和實驗的研究結(jié)果，提出了高能高功率SBS相位共軛鏡的設(shè)計方法。SBS相位共軛鏡包括共軛鏡幾何結(jié)構(gòu)的設(shè)計、SBS介質(zhì)池的設(shè)計、 SBS

4、介質(zhì)的選取等，尤其研究了10Hz條件下高負載SB S-PCM的反射率情況。設(shè)計了10Hz重復(fù)頻率SBS的研究方案，實驗研究了SBS-PCM在不同的共軛 結(jié)構(gòu)、透鏡焦距、雙池單池等條件下對不同入射能量的反射率。實驗結(jié)果表明FC-72適合用作高負載條件下的共軛介質(zhì)，而過濾介質(zhì)、適當(dāng)加大焦距有利于提高高能量情況下SBS-PCM的反射率。為了緩解高重復(fù)頻率時熱效應(yīng)的積累，設(shè)計加工了旋轉(zhuǎn)楔形板并將其引入到SB S-PCM系統(tǒng)中。實驗研究表明，使用

5、旋轉(zhuǎn)楔形板可以大幅提高SBS-PCM系統(tǒng)在高重復(fù)頻率下反射率穩(wěn)定性。同時,雙池SBS結(jié)構(gòu)有效的提高了保真度和穩(wěn)定性。除此以外,使用循環(huán)系統(tǒng)形式的相位共軛鏡。單池循環(huán)系統(tǒng)的相位共軛鏡 在焦距不同和介質(zhì)不同純凈程度的條件下獲得了不同的實驗結(jié)果，通過與非循 環(huán)的相位共軛鏡比較從理論和實驗設(shè)計上說明循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)勢。同時，將循環(huán)系統(tǒng)引入雙池結(jié)構(gòu)，在透鏡和雙池結(jié)構(gòu)等相同的條件下，通過觀察10Hz焦耳 量級時能量反射率比較兩種改進的雙池結(jié)構(gòu)，最終得到