高功率固体激光驱动器靶面光强时空耦合控制技术研究

论文摘要

精密物理实验对高功率固体激光装置的光束控制,特别是靶面光强分布的控制提出了苛刻的要求。实现靶面光强的主动有效控制一直是高功率固体激光驱动器研究领域的热点和难点。本论文从ICF不同驱动方式对焦斑强度分布的要求出发,基于焦斑空间频谱分析方法,研究了连续相位板、光谱角色散等时空匀滑技术以及时空耦合的优化设计中的相关问题。论文的主要工作包含以下几个部分:1.研究了控制焦斑轮廓的连续相位板（CPP）的设计方法,提出了改进G-S算法,主要包含:提出引入可与时域匀滑结合起来的焦斑频谱控制函数,采用了随机滤波的初始位相屏和加工特征单元尺寸控制结合起来的解相滤波方法。理论研究了设计的CPP对应焦斑的统计分布特性,并通过数值模拟验证了改进措施的有效性2.分析了影响CPP性能的误差来源,建立了CPP从加工到安装应用中等误差的数学模型,定量研究了各种误差对CPP性能的影响规律。探索了基频光段CPP对三倍频转换效率和光束质量的影响,并设计了验证CPP性能的有效性的实验方案。3.基于焦斑频谱控制研究了时域匀滑技术,理论分析了一般位相调制下的光谱色散匀滑技术（sSD）,提出了与时域匀滑本质特点相关的空间频率响应函数,研究了宽带光各参量对空间频率响应函数的影响规律。并利用该函数研究了多维SSD和偏振匀滑（PS）的耦合应用,提出了多维时域匀滑方式的优化耦合方案。4.理论研究了CPP带来的焦斑频谱上空间频率调制产生的根源,并由此提出了优化CPP和时域匀滑耦合性能问题。从物理需求溯源,提出了不同驱动方式下优化CPP和时域匀滑耦合性能的方法,并研究了CPP和时域匀滑联合作用下抗波前畸变的能力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 ICF对靶面光强的要求
• 1.2 靶面光强控制的研究现状
• 1.3 本论文研究特色及主要研究内容
• 第二章 控制焦斑形态的连续相位板设计
• 2.1 相位板设计的一般方法
• 2.1.1 G-S算法
• 2.1.2 杨-顾算法
• 2.1.3 模拟退火算法
• 2.1.4 遗传算法
• 2.2 设计CPP的改进G-S算法
• 2.2.1 改进的G-S算法原理
• 2.2.2 CPP产生焦斑的形态分析
• 2.2.3 远场和近场的采样分析
• 2.3 CPP设计的数值模拟
• 2.3.1 改进G-S算法的有效性
• 2.3.2 初始位相屏选取的比较
• 2.3.3 位相屏单元大小的控制
• 2.3.4 焦斑强度的频谱控制研究
• 2.3.5 焦斑陡边和顶部不均匀性的关系
• 2.4 小结
• 第三章 连续相位板的加工应用研究
• 3.1 CPP对加工的宽容度
• 3.1.1 加工深度误差
• 3.1.2 加工宽度误差
• 3.2 CPP对应用条件的宽容度
• 3.2.1 光束口径误差
• 3.2.2 光束对准误差
• 3.2.3 光束波前畸变
• 3.3 CPP的应用位置分析
• 3.4 实验方案
• 3.4.1 实验目的
• 3.4.2 实验条件
• 3.4.3 实验参量设计
• 3.4.4 实验方案设计
• 3.4.5 实验目标的预期评估
• 3.5 小结
• 第四章 时域匀滑对焦斑形态的影响研究
• 4.1 光谱色散匀滑的理论
• 4.1.1 一般相位调制的谱色散匀滑
• 4.1.2 空间频率响应函数
• 4.2 SSD参数对焦斑的影响
• 4.2.1 光谱形状的影响
• 4.2.2 带宽,色散角,色循环数的影响
• 4.3 偏振匀滑
• 4.4 多维SSD的耦合
• 4.4.1 SSD之间的耦合
• 4.4.2 SSD与PS的耦合
• 4.5 小结
• 第五章 靶面光强时空耦合的优化控制
• 5.1 焦斑的空间频谱
• 5.1.1 空间频谱的理论分析
• 5.1.2 SSD和CPP的优化耦合
• 5.2 直接驱动的靶面光强控制
• 5.2.1 直接驱动的需求和评价方式
• 5.2.2 直接驱动耦合优化设计方法
• 5.2.3 波前畸变的影响
• 5.3 间接驱动的靶面光强控制
• 5.3.1 间接驱动的需求和评价方式
• 5.3.2 间接驱动耦合优化设计方法
• 5.3.3 波前畸变的影响
• 5.4 小结
• 第六章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录A ICF中的RT不稳定性
• 附录B 远场中的参量描述
• 附录C 攻读硕士学位期间发表论文及参加学术活动情况