千焦耳高能拍瓦激光裝置脈沖壓縮特性分析.pdf

1、激光慣性約束聚變對于科學(xué)研究、工業(yè)應(yīng)用和潔凈能源具有深遠的影響，而基于超強超短激光的快點火物理模型由于相對中心點火模型可能顯著降低驅(qū)動激光的能量，從而縮小裝置規(guī)模，減少工程投入，所以從上世紀(jì)末開始成為了國際上研究的熱點?？禳c火前期物理實驗要求:點火激光驅(qū)動裝置輸出1ps～10ps、＞1kJ、＞1PW，時間信噪比高于108，峰值聚焦功率密度1020W/cm2～1021W/cm2的高能超短激光。啁啾脈沖放大(CPA)技術(shù)通過引入展寬和壓縮步

2、驟，多級放大啁啾脈沖從而有效避免了非線性效應(yīng)，提高了能量提取效率，為產(chǎn)生千焦耳高能拍瓦激光提供了有效的技術(shù)途徑。
　　光柵壓縮器是千焦耳高能拍瓦激光裝置中完成脈沖壓縮的核心元件。點火脈沖的短脈沖寬度、大脈沖能量、高時間信噪比和強峰值聚焦功率密度對壓縮器光柵的損傷閾值、物理尺寸和調(diào)整精度提出了苛刻的要求。當(dāng)前光柵的低損傷閾值致使建造千焦耳高能拍瓦激光裝置需要制備米量級介質(zhì)膜光柵，而國內(nèi)外制備大尺寸光柵的技術(shù)水平和生產(chǎn)能力很難徹底滿足

3、該類裝置的需求。通過多塊子光柵拼接獲取大尺寸光柵的光柵拼接技術(shù)在一定程度上為快點火激光聚變驅(qū)動裝置的壓縮器設(shè)計提供了技術(shù)儲備。但拼接光柵的精度檢測、反饋控制和穩(wěn)定性保持均面臨巨大的技術(shù)難度，至今尚未得到實際應(yīng)用。另一方面，相對于傳統(tǒng)啁啾脈沖放大激光系統(tǒng)，千焦耳高能拍瓦激光裝置的大口徑光束、大尺寸光柵、窄脈沖寬度、高時間信噪比和強峰值聚焦功率密度對壓縮器光柵的調(diào)整精度和穩(wěn)定性也提出了更為嚴(yán)格的要求。
　　鑒于當(dāng)前現(xiàn)狀，本論文分析了千

4、焦耳高能拍瓦激光裝置中影響輸出脈沖時空特性的大口徑光束光譜剪切效應(yīng);優(yōu)化了有限尺寸光柵壓縮器的設(shè)計;分析了大口徑光束下壓縮器光柵調(diào)整精度和穩(wěn)定性對輸出脈沖時空特性的影響。具體內(nèi)容包括:
　　1.推導(dǎo)了啁啾脈沖經(jīng)過色散介質(zhì)的各階色散，利用傅立葉變換法分析了色散介質(zhì)對啁啾脈沖的展寬和壓縮作用。借助光線追跡推導(dǎo)了任意波長經(jīng)歷強色散介質(zhì)——平行光柵對的光程，得到了一階、二階和三階色散。分析了平行光柵對壓縮器對正啁啾脈沖的壓縮，為千焦耳高能

5、拍瓦激光裝置壓縮器設(shè)計提供了理論依據(jù)。
　　2.針對千焦耳高能拍瓦激光裝置，建立了大口徑光束經(jīng)過有限尺寸光柵壓縮器的光譜剪切模型。理論分析和數(shù)值模擬了啁啾脈沖放大激光系統(tǒng)展寬器、放大器和壓縮器光譜剪切效應(yīng)對激光脈沖時空特性的影響。給出了千焦耳高能拍瓦激光裝置展寬器和壓縮器保證點火脈沖時空特性的最小通過帶寬，降低了光柵尺寸需求。
　　3.分析了短脈沖輸出時壓縮器各項參數(shù)對輸出脈沖能量的影響。得到了千焦耳高能拍瓦激光裝置光柵壓縮

6、器設(shè)計的三項基本參數(shù)。提出了有限尺寸光柵壓縮器的優(yōu)化方法，避免了采用拼接光柵的同時，達到了輸出能量最大化的目的。
　　4.提出了有限尺寸光柵壓縮器對大口徑光束進行脈沖壓縮時光柵對偏差對壓縮脈沖時空特性的影響。討論了輸出光束角度失準(zhǔn)、脈沖寬度和脈沖傾斜隨光柵方位偏差、俯仰偏差和條紋偏差的變化關(guān)系。從快點火需求出發(fā)，為千焦耳高能拍瓦激光裝置壓縮器光柵調(diào)整精度和穩(wěn)定性分析提供了理論依據(jù)。
　　5.針對千焦耳高能拍瓦激光裝置聚焦焦斑