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ICF激光驱动器自适应光学技术应用问题研究

代万俊  
【摘要】: 提高系统的输出能量和改善输出激光的远场能量分布是高功率固体激光装置中的两大重要问题。激光在传输放大过程中,受各种因素的影响,系统输出激光的波前会产生畸变,导致光束质量下降。为满足获得高效三倍频效率、实现小孔进腔打靶的要求,必须对激光的波前畸变进行控制。自适应光学系统能够实时补偿激光发射过程中的波前畸变,达到提高远场能量集中度的目的,是高功率固体激光装置上可采用的、最为有效的主动的波前控制手段。本论文以研究高功率固体激光装置自适应光学系统应用为目标,以数值模拟为主要手段,结合实验研究,系统地分析了自适应光学系统应用的两大核心问题:单元器件参数和AO系统总体布局方式的优化,为解决高功率固体激光装置自适应光学系统应用的两大核心问题。本论文取得了以下研究进展: 1、基于自适应光学系统主要数学理论,提出了利用变形镜对不同尺度高斯位相的拟合效果作为评价变形镜波面拟合能力的新方法;研究了变形镜采用不同交连系数时,对不同空间尺度随机位相的拟合能力,采用变形镜本征模式的方法研究了变形镜驱动单元布局方式对变形镜波面拟合能力的影响,为变形镜主要参数指标的优化选择提供了理论依据; 2、基于神光-Ⅲ原型装置,研究了高功率固体激光装置自适应光学系统应用过程中的几个关键问题,包括哈特曼传感器参考波面的标定方法、校正引入的中高频调制传输特性和过滤波器小孔堵孔、自适应光学系统对三倍频远场的控制能力等问题,为自适应光学系统的成功应用打下基础; 3、研究了ICF激光驱动器自适应光学系统方案的优化问题,着重研究了在具有“变口径90°翻转”特点的高功率固体激光装置上实现大口径变形镜二次补偿方案的可行性:从数学上证明了在这种光路特点下将变形镜置于腔反射镜位置时面形解的存在性问题,研究了变形镜置于腔反射镜位置的波面拟合能力;基于神光-Ⅲ主机装置光路结构,数值模拟了大口径变形镜二次补偿方案的应用效果,通过改变哈特曼传感器的测量位置,提出了将变形镜作为主放大系统补偿片的改进的二次补偿方案,通过数值模拟的方法与其它几种布局方案应用效果进行了比较,得出采用这种改进的二次补偿方案对提高自适应光学系统校正量、改善过滤波小孔等问题都具有优势,为神光-Ⅲ主机自适应光学技术方案的确定提供了参考。


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