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为了提高惯性约束聚变(ICF)系统中的焦斑质量,达到靶面辐照均匀性的苛刻要求,系统需要采用束匀滑技术。由于连续相位板(CPP)能灵活控制焦斑形状,且衍射效率高等自身特点,得到了极大推荐。在实际使用过程中,由于光学系统中的多种因素可能造成激光束波前畸变,这将影响连续相位板的匀滑效果。建立了全频段波前畸变激光束的传输与远场的关系,给出了86%的能量焦斑尺寸与低频波前畸变峰谷值和连续相位板面形峰谷值比值的关系,以及86%能量焦斑尺寸与低频畸变波前的均方根梯度值的关系。根据该关系,可以找到波前控制的范围。
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52, 072204(2015)
激光与光电子学进展
Laser & Optoelectronics Progress
©2015《中国激光》杂志社
072204-1
不同波前畸变对连续相位板焦斑的影响
冯友君
1
王 忠
2
1
四川旅游学院信息技术系, 四川 成都 610100
2
四川大学电气信息学院, 四川 成都 610064
摘要 为了 提高 惯 性约 束聚变 (ICF)系 统中的 焦斑 质 量,达到 靶面 辐 照均 匀性的 苛刻 要求,系统 需要 采用束 匀滑 技
术。由于连续相位板(CPP)能灵活控制焦斑形状,且衍射效率高等自身特点,得到了极大推荐。在实际使用过程中,
由于光学系统中的多种因素可能造成激光束波前畸变,这将影响连续相位板的匀滑效果。建立了全频段波前畸变激
光束 的传输与 远场的 关系,给出了 86%的能量 焦斑尺 寸与低频 波前畸 变峰谷 值和连 续相位板 面形峰 谷值比 值的关
系,以及 86%能量焦斑尺寸与低频畸变波前的均方根梯度值的关系。根据该关系,可以找到波前控制的范围。
关键词 光学设计; 连续相位板; 峰谷值; 均方根梯度; 波前畸变
中图分类号 TN249 文献标识码 A
doi: 10.3788/LOP52.072204
Influence of Different Distorted Wavefronts on Continuous Phase
Plate Smoothing Focal Spot
Feng Youjun
1
Wang Zhong
2
1
Department of Information Technology, Sichuan Tourism University, Chengdu, Sichuan 610100, China
2
School of Electrical and Information Engineering, Sichuan University, Chengdu, Sichuan 610064, China
Abstract In order to improve focal spot quality in inertial confinement fusion (ICF) system, beam smoothing
technology is required so as to meet the strict requirements of target surface irradiated. Continuous phase plate (CPP)
can control the shape of focal spot easily and has high diffraction efficiency. In practical optical system, beam
smoothing results can be influenced since a variety of factors can cause distorted wavefront of laser beam. The
relationship between the full spectrum of distorted wavefront and optical field in the far field is given, and it is
obtained that the relationship between 86% focal spot size and the ratio of peak valley value of low frequency distorted
wavefront and surface shape of CPP. Meanwhile, the relationship between 86% focal spot size and root-mean-square
gradient value of low frequency distorted wavefront is also shown. According to the relationship, the range of
controlling distorted wavefront can be found.
Key words optical design; continuous phase plate; peak valley; root-mean-square gradient; distorted wavefront
OCIS codes 220.1010; 050.1940; 120.4820; 140.3460; 350.5030
1 引 言
到目前为止,国内外已经发展了多种靶面均匀辐照技术,其中空间域技术可以控制焦斑轮廓的形状,对
焦斑 进行 整形 ,获得所需的焦斑包络形状,以达到靶面均匀辐照的目的。实现空间匀滑的 主要 有衍 射光 学
元件、透镜列阵技术
[1-2]
和偏振匀滑技术
[3]
等。其中,衍射光学元件主要有随机相位板(RPP)
[4]
、相息图位相板
(KPP)
[5]
、分布 相位 板(DPP)
[6-7]
等,这 些元 件均采用了台阶式结构设计,其相位点附近会出现 大角 度散射,不
仅将造 成能量 损失,还会 引起近 场强度 调制。 为了改 善这一 问题,Lin 等
[8]
又提出 了连续 相位板 (CPP)的方
案,采用连续相位结构替代台阶式结构进行设计,这样即能灵活控制焦斑形状,又能得到几乎连续的位相分
布,使激光能量衍射效率达到 95%以上。随着制作工艺不断成熟,连续相位板也就逐步取代了其他的相位板
成为了目前常用的相位匀滑器件,因而自出现以来,就受到了极大的关注
[9]
。
收稿日期: 2015-01-13; 收到修改稿日期: 2015-03-04; 网络出版日期: 2015-06-24
基金项目: 四川省教育厅重点项目(14ZA0292)
作者简介: 冯友君(1980—),女,博士,讲师,主要从事光学与光通信技术方面的研究。E-mail: fengli522@163.com
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