[发明专利]惯性约束聚变装置中基于光克尔效应的径向光束匀滑方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光驱动惯性约束聚变装置中光束匀滑技术，具体涉及一种激光驱动惯性约束聚变(ICF)装置中基于光克尔效应的径向光束匀滑方法及其匀滑装置。

背景技术

在激光驱动惯性约束聚变(ICF)装置中，由于物理实验要求高功率激光装置可精密控制靶面光场分布，因而广泛采用了各种空域光束匀滑技术和时域光束匀滑技术，以在ICF装置中实现对激光光束远场焦斑均匀性的控制，亦即改善其对靶面辐照的均匀性。在已有的空域光束匀滑技术中，常采用连续相位板(ContinuousPhasePlate，CPP)来控制激光光束远场焦斑轮廓，但由于激光光束内部子光束间的相干叠加，其远场焦斑内部存在散斑结构；这一类散斑结构会导致激光束与靶丸相互作用过程中各种参量不稳定性效应的产生，从而降低激光束对靶丸的压缩对称性，因而需要采用时域光束匀滑技术以抑制散斑的存在，减小各种参量不稳定性效应的危害。现有的时域光束匀滑技术主要包括诱导空间非相干束匀滑、光学空间平滑、偏振匀滑和光谱角色散匀滑等技术。

所述诱导空间非相干束匀滑技术是利用宽带激光源来辐照远场，能获得极好的焦斑均匀性，但它只能适用于气体准分子激光器作为激光源，而且需要使气体准分子激光器运行在小能量下，以避免激光束在放大器中传输时产生非线性光学畸变。

所述光学空间平滑技术是利用光学色散元件将宽带光源的时间非相干转化为空间非相干，使得大量相互独立的干涉散斑同时叠加在靶面上，以获得均匀的远场光强分布。这种减小前端光源相干性的方法可抑制激光束在远场的高频空间调制的产生，然而会对激光的脉冲时间波形产生破坏，影响激光束的传输与放大特性。

所述偏振匀滑技术是利用双折射光楔、偏振旋转扳等光学元件改变光束截面内的偏振态，实现光束内部子光束的消相干叠加，以减小远场焦斑对比度。这一方法的优点是能瞬时实现对焦斑的匀滑，对于提高靶面辐照初期的远场焦斑均匀性富有成效，但双折射光楔主要用于单一光束的匀滑，并且会受到受激拉曼散射带来的损伤，而偏振旋转扳的缺点则是仅当多光束叠加时才有匀滑效果。

所述光谱角色散(SmoothingbySpectralDispersion，SSD)匀滑技术是通过对激光光束进行时间相位调制和利用光栅进行光谱角色散，实现激光束远场散斑的扫动，从而在等离子体热匀滑时间内提高远场焦斑均匀性。目前，一维SSD(1D-SSD)的缺点是仅能实现激光光束远场散斑在光栅色散方向，即x方向或y方向的扫动，导致其远场焦斑内部出现沿光栅色散方向的条纹状的光强调制，因而又提出了二维SSD匀滑技术，同时实现了激光束在x方向和y方向两个正交方向的光束匀滑；但由于二维SSD中激光束在远场存在不可避免的相干现象，进而又提出了三方向SSD匀滑技术，该匀滑技术通过使近场激光束的频率趋于无规，进一步提高了靶面辐照均匀性。然而，三方向SSD匀滑技术存在光路结构复杂、调节困难等缺点。

发明内容

本发明的目的正是为了克服现有技术中所存在的缺陷和不足，提供一种惯性约束聚变装置中基于光克尔效应的径向光束匀滑(RadialSmoothing，RS)新方法，以及实现该方法的径向光束匀滑装置。该方法是在惯性约束聚变装置光传输链中，加入一基于光克尔效应的径向光束匀滑装置，即能实现激光光束远场焦斑在径向方向上的匀滑，从而在较短的积分时间内提高激光光束远场辐照的均匀性，即改善其对靶面辐照的均匀性。

本发明提出的惯性约束聚变装置中基于光克尔效应的径向光束匀滑方法和匀滑装置可用于直接驱动和间接驱动惯性约束聚变装置，以改善对靶面辐照的均匀性。

为实现上述目的，本发明采用由以下技术措施构成的技术方案来实现的。

本发明的设计构思是：在激光驱动惯性约束聚变装置光传输链中的预放大系统和主放大系统之间，加入一基于光克尔效应的径向光束匀滑装置，并利用光克尔介质和匀滑装置中皮秒激光器输出的周期性高斯脉冲相互作用产生的周期性球面位相调制，以对惯性约束聚变装置光传输链中的激光光束透射波前进行周期性调制，实时改变其远场焦斑的尺寸，实现快速变焦；快速变焦进一步引起远场焦斑内部散斑的径向扫动，进一步实现激光光束远场焦斑在径向方向上的匀滑，从而在较短的积分时间内提高激光光束远场辐照的均匀性，即改善激光光束对靶面辐照的均匀性。