高功率固體激光光束質量診斷方法研究.pdf

1、光束質量診斷是激光領域的一項重要基礎研究內容，從激光出現(xiàn)到目前一直備受關注，但是由于不同應用目的對光束“質”的要求不同，因此光束質量評價至今沒有形成統(tǒng)一的標準，也未建立起標準的測量方法。慣性約束聚變(ICF)領域的激光驅動裝置，運行于高功率密度狀態(tài)，因而非線性效應明顯，元件破壞風險大；系統(tǒng)龐大影響因素復雜，對測量精度要求卻很高，加之對光束近遠場強度分布要求特殊，因此對描述光束質量的評價參數(shù)必須進行有針對性的研究，光束質量測量也必須尋找各

2、種非相關的手段以驗證測量結果的可靠性和準確性。本文在目前ICF固體激光驅動裝置光束質量評價和測量方法的基礎上，圍繞光束質量診斷中兩個急待解決的問題：光束近場調制評價和光束質量診斷系統(tǒng)自身驗證問題開展了研究工作，主要內容包括以下幾個方面： 1．基于數(shù)理統(tǒng)計理論，建立了通量概率密度和功率譜密度兩種近場光束質量評價模型，研究了兩者之間的聯(lián)系，提出中頻對比度、特征頻率和σ調制度作為新的近場評價參數(shù)。 2．根據(jù)兩種近場評價模型，對

3、TIL裝置從靜態(tài)到5.0GW/cm<'2>高強度輸出光束近場強度分布進行了統(tǒng)計分析。研究表明，空間頻域分析方法更具優(yōu)越性，并依據(jù)特征頻率找出了近場的小尺度固定周期性調制來源，結合模擬計算結果驗證了實驗分析的正確性。且在此基礎上，研究了周期調制光束離開系統(tǒng)后在自由空間傳輸?shù)难莼匦浴?3．利用空間位相調制的徑向剪切干涉儀，研究了從單幅干涉圖中獲取高功率激光裝置光束波前位相、近場和遠場，從而實現(xiàn)光束質量綜合診斷的方法。通過50J能量

4、之內的干涉儀測量結果和CCD直接測量結果之間的對比，驗證了該方法的可行性。 4．針對高功率激光裝置的輸出特性，綜合考慮近場的空間頻譜特征和目前干涉儀的極限載頻，預估了高功率下實現(xiàn)光束質量綜合診斷存在的問題，并提出了解決這一問題的方案。 5．對實驗測量圖像數(shù)據(jù)的去噪問題和診斷系統(tǒng)的像差標定問題進行了討論，并提出了一些初步判據(jù)。 論文的研究方法和結果對我國ICF高功率固體激光裝置光束質量的診斷具有重要的理論意義和工程