单程拼接光栅压缩池系统中光栅缝隙的衍射效应

利用傅里叶光学方法，建立了一个基于远场的高斯光束数学模型.该模型能够分析单程拼接光栅压缩池系统中拼接光栅的缝隙对远场时空特性的影响.数值模拟得到了不同系统参数时远场时空特性关于缝隙宽度的变化曲线.揭示了光栅缝隙对远场的影响规律：对于双光栅拼接的压缩池系统，若只是压缩池中第二块光栅为拼接光栅，则光栅缝隙导致远场时域略微变窄；若压缩池中的两块光栅都是拼接光栅，则缝隙导致远场时域展宽或者变窄，依赖于入射脉冲的傅里叶变换极限型脉宽大小；光栅缝隙对于远场强度分布的影响是导致中央主峰能量下降，并且出现两个子峰，子峰的峰值随缝宽的增大而增大.     

基于远场的拼接光栅压缩池的设计

 利用傅里叶光学方法得到了失调拼接光栅压缩池输出光束的远场振幅表达式，建立了分析拼接光栅的各种误差的理论模型，得到了拼接误差对脉冲的影响是附加相位延迟和角度偏转。在要求远场的一倍衍射极限区域的积分能量分布达到理想情况下的90％的条件下，对于含有口径为40 cm、脉宽为0.1~10 ps脉冲的系统进行分析并分别得到了各种误差的容限。     

1700 线/mm镀金光栅的拼接理论和实验研究

提出了一个能够实时地监控拼接光栅状态的方案；理论上论证了氦氖光不能用来实时监控1740线衍射光栅的光栅拼接实验；提出了一种选择监控光波长的方法，使得拼接光栅的各种误差对于主光束和监控光的影响是一致的，并且通过实验进行了验证. 关键词： 拼接光栅 刻线密度误差 实时监控 光栅对压缩池     

拼接光栅对压缩系统中的误差补偿

 根据失调拼接光栅对压缩系统模型，推导了拼接误差引起的角色散公式。针对光栅拼接中的转角误差和光栅常数误差，得到了误差间的相互补偿关系式，并对补偿方式进行了讨论。研究结果表明：绕光栅平面内垂直于刻线方向的转角在一定范围内可以补偿绕光栅厚度方向旋转造成的误差；绕光栅刻线方向的转角可以补偿光栅常数不同造成的误差；绕光栅平面内垂直于刻线方向或绕光栅厚度方向的转角在一定范围内也可以补偿由光栅常数不同造成的误差。前两种补偿方式的补偿效果较好。     

有像差情况下的全息光栅拼接研究EI北大核心CSCD

激光约束核聚变系统需要大口径脉冲压缩光栅。全息光栅拼接法是制造大口径光栅的重要手段。针对有像差的全息曝光系统,提出了一种拼缝处光栅对准拼接方法。为研究像差对光栅拼接特性的影响,用随机波面进行了光栅模拟拼接,计算了远场衍射能量分布与拼接误差的关系。实验拼接了(150+150)×200 mm2口径光栅,其拼接均方根误差值为0.034λ,峰-峰误差值为0.110λ。利用光栅±1级衍射波面,计算得到了曝光系统像差,并模拟了拼缝处最小拼接误差,其均方根误差值为0.016λ,峰-峰误差值为0.105λ。结果表明,拼接误差与理论模拟结果相近。该误差不会造成远场衍射光斑能量明显下降。由此证明了该方法的可行性。     

有像差情况下的全息光栅拼接研究

激光约束核聚变系统需要大口径脉冲压缩光栅。全息光栅拼接法是制造大口径光栅的重要手段。针对有像差的全息曝光系统,提出了一种拼缝处光栅对准拼接方法。为研究像差对光栅拼接特性的影响,用随机波面进行了光栅模拟拼接,计算了远场衍射能量分布与拼接误差的关系。实验拼接了(150+150)×200 mm2口径光栅,其拼接均方根误差值为0.034λ,峰-峰误差值为0.110λ。利用光栅±1级衍射波面,计算得到了曝光系统像差,并模拟了拼缝处最小拼接误差,其均方根误差值为0.016λ,峰-峰误差值为0.105λ。结果表明,拼接误差与理论模拟结果相近。该误差不会造成远场衍射光斑能量明显下降。由此证明了该方法的可行性。     

大面积拼接光栅的远场衍射分析

针对大面积光栅制作过程易出现的拼接偏差问题,基于标量衍射理论推导拼接光栅远场衍射的光强分布,计算分析几种常见拼接误差对拼接光栅性能的影响,以确定光栅拼接过程的误差容限.研究表明:拼接光栅的远场衍射光场随纵向和横向平移误差的变化呈周期性,且这两种平移误差带来的影响可相互补偿;而拼接光栅的旋转误差对远场衍射光场分布的影响较严重,当旋转误差增大到9.5875×10－5度时,衍射光场的峰值光强降为0.9,且两光栅各自峰值出现的方向成9.5875×10－5度.     

用于快点火研究的超短脉冲的相干合成

 利用傅里叶光学方法，建立了一个基于远场的多束超短脉冲相干合成的理论模型。研究了一个口径为50 cm，脉宽为1 ps的超短脉冲相干合成系统的各种误差对脉冲远场时域和空域特性的影响。结果表明：若要求远场的一倍衍射极限区域的积分能量分布达到理想情况下的90％，该系统的相位延迟误差小于0.63，沿x方向角度误差小于0.37 μrad，沿y方向角度误差小于0.34 μrad；若要求远场叠加脉冲的时域展宽小于25％，系统的剩余啁啾因子应小于1.32(不考虑相位延迟)或1.52(考虑0.63的相位延迟)。     

拼接光栅缝隙对激光脉冲光强分布的影响

以拼接光栅作为色散元件的激光脉冲压缩器中,要求脉冲压缩光栅表面光强分布均匀、能量输出效率高。利用菲涅耳-基尔霍夫衍射原理对脉冲压缩光栅表面光强和远场光强分布进行了研究。计算了拼接光栅缝隙宽度对光栅表面光强变化量和远场光强极大值的影响。在利特罗角附近入射时发现激光脉冲光强分布与拼接光栅缝隙宽度相关,得出了光栅拼接缝隙宽度应控制在0.5 mm以内。适当提高缝隙衍射效率能够改善光强分布均匀性和提高光能量输出,提出了对拼接缝隙采用两次重复曝光以提高其衍射效率的方法。     

拼接型光栅对压缩器中刻线密度差对输出脉冲的影响及补偿方案

拼接型光栅对压缩器中子光栅的刻线密度不一致会降低压缩器的品质,补偿刻线密度差的影响对于提高输出脉冲的性能具有十分重要的意义.基于光线追迹的方法建立了理论模型,数值分析了刻线密度差所导致的出射光角度偏移及输出脉冲展宽程度.提出同时用水平角偏误差和纵向错位误差来补偿光栅刻线密度差影响的方案,给出不同刻线密度差时的理论光栅偏转角度和对应的平移距离以及该方案的补偿范围.利用空谱干涉测量方法,验证了该方案在一定范围内可校正出射光的角度偏转,较好地补偿二、三阶色散误差,且实验与理论结果较为符合.本研究可为拼接光栅压缩器的设计与调整提供指导.     

拼接光栅压缩器中光栅拼缝对脉冲信噪比的影响

针对平行光栅对结构的压缩器和圆形入射光束,建立了光栅拼缝所引起的光谱剪切的数学模型,并模拟了该光谱剪切对压缩脉冲信噪比的影响.与双曲正割型脉冲相比,光栅拼缝对高斯型脉冲信噪比的影响较小.随着光栅拼缝宽度的减小与光束口径的增大,压缩脉冲信噪比得到提高.对于确定的拼接光栅压缩器和光束直径,当脉冲中心波长与光谱剪切中心波长(...     

Demonstration of large-aperture tiled-grating compressors for high-energy, petawatt-class, chirped-pulse amplification systems

Two large-aperture tiled-grating (1.5 m) compressors, each consisting of four sets of tiled-grating assemblies, have been built for the OMEGA EP high-energy petawatt-class laser system. The techniques used for tiling individual tiled-grating assemblies and for optimizing the overall performance of a tiled-grating compressor are described. Both compressors achieved subpicosecond pulse duration without tiling-induced temporal degradation. A ray-tracing model predicted that the static wavefront of the grating tiles dominated focal-spot degradations when submicroradian tiling accuracy is achieved. The tiled-grating compressors delivered a tighter focal spot compared with subaperture grating compressors with single central tiles.     

大型短脉冲激光装置中脉冲前沿畸变效应的研究

阐述了短脉冲激光装置中脉冲前沿畸变效应的产生机理和可能的畸变源.利用Fourier光学方法,建立了一个基于单程压缩构型的研究脉冲前沿畸变效应的理论模型,分析不同种脉冲前沿畸变效应对于压缩器输出脉冲的近场时空特性的影响.基于此,对一个在建的大口径（300 mm）短脉冲装置中的各种畸变源（包括可编程声光光谱色散滤波器、透镜色差以及劈板等元件）进行了数值计算.研究表明：近场输出脉冲宽度显著加宽,输出脉冲前沿形状不同于输入时的畸变形状,只有中心部分区域的脉冲前沿形状与输入类似,该区域的大小由系统带宽决定. 关键词： 脉冲前沿畸变 角色散 单程压缩 透镜     

Coherent addition of gratings for chirped-pulse-amplified lasers based on near-field and far-field measurements

The development of phased-array grating compressor is a crucial issue for high-energy,ultra-short pulse petawatt-class lasers.Almost all systems have adopted a tiled-grating approach to meet the size requirements for the compression gratings.We present a computer-control test system utilizing near-field interference and far-field focusing capable of monitoring and fast correcting tiled errors of the grating compressor.In this system,the tilt/tip errors between the two gratings are determined by the Fourier transform (FT) of the individual interference fringe,and the piston errors are determined by the ratio of the two primary peaks formed in the far-field pattern as a function of the piston difference.Monochromatic grating phasing is achieved experimentally and pulse compression is demonstrated with a tiled grating system.     

阵列光栅压缩器的空域特性

 引入角度偏差、位移偏差作为拼接光栅系统的物理参数，定义了拼接光栅的孔径函数，利用傅里叶角谱理论研究了高斯脉冲入射拼接光栅压缩器后的远场分布特性。研究表明：出射脉冲仍然是高斯型脉冲，但包络中心发生偏移，偏移量由角度偏差量和光束口径决定;位移偏差引入的相位随着拼接光栅压缩器传递，其对远场焦斑的影响，取决于每片子光栅的非整数倍光栅常数的横向位移偏差和纵向位移偏差的综合作用。通过数值计算得到了各维偏差对阵列光栅压缩器空域特性的影响,计算表明:光栅面外角度偏差(俯仰左右)和条纹平行度偏差都必须控制在1 mrad以内，在此范围内，应将位移偏差控制在52 nm以内。     

色散介质中啁啾高斯脉冲的时间和光谱特性

对啁啾高斯脉冲光束在色散介质中的时间和光谱特性作了研究.给出了远场光谱蓝移和脉冲展宽的解析式.结果表明：通过选择适当的啁啾参量,啁啾高斯脉冲光束沿轴上传输色散长度时,脉冲可恢复到初始值.随啁啾参量增加,谱线宽度展宽,轴上光谱蓝移增加,在远场蓝移趋于一渐近值.随啁啾参量增加,离轴光谱红移增加.     

Phase-locked control of tiled-grating assemblies for chirped-pulse-amplified lasers using a Mach-Zehnder interferometer

Multikilojoule petawatt lasers using chirped-pulse amplification are being constructed worldwide. Several systems have adopted a tiled-grating approach to meet the size requirements for the compression gratings. Grating tiles need to be precisely phased to ensure a transform-limited focal spot when focusing high-energy laser pulses in the target plane. A computer-control test system that uses a Mach-Zehnder interferometer capable of monitoring and correcting drift in the tiled-grating assemblies within the compressor is described. The differential errors due to eight gratings, within a compressor with four grating assemblies, were compensated by adjusting a single grating.     

钕玻璃啁啾脉冲放大器产生百焦耳亚皮秒脉冲

以钕玻璃为增益介质研制了高能啁啾脉冲激光放大器系统,实验演示输出啁啾脉冲能量在百焦耳量级时,光谱宽度保持在4—6 nm.最大能量168 J,相应谱宽5.5 nm,中心波长1054 nm.压缩脉冲宽度最短710 fs. 关键词： 啁啾脉冲放大 钕玻璃 高能拍瓦     

Optical terminal analysis of a multigrating tiled compressor in a PW-class CPA-laser

In the highest-power chirped-pulse amplification lasers, the pulse must be stretched in time, amplified, compressed in a grating compressor and subsequently focused by off-axis parabola to obtain a high peak power. In the optical terminal, the temporal and spatial effects of mismatched multigrating tiled compressor on the far-field pulse are critical factors to be analysed. In this paper, a k-space raytracing model is proposed for the temporal and spatial analyses of possible errors in a four-grating single-pass tiled compressor. The results show that the last grating affects mainly the partial focal spot, while the middle two gratings affect the temporal waveform, and the partial focal spot needs much higher error control than that in the temporal domain in a picosecond pulse compression.