[发明专利]一种用于靶点焦斑整形和光束匀滑的激光设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种在高功率固体激光驱动器中，应用激光远场焦斑整形技术和光束匀滑技术的光路系统，具体涉及一种用于靶点焦斑整形和光束匀滑的激光光路。

背景技术

在高功率固体激光驱动器中，靶点焦斑整形和匀滑是激光驱动惯性约束聚变(ICF)实验中的关键技术。无论是在直接驱动还是在间接驱动中，为了提高靶的辐照均匀性，降低激光等离子体作用过程中的各种不稳定性，需要利用焦斑整形和光束匀滑技术获得特定形状的激光焦斑且在一定焦深内保持焦斑的形状和均匀性。目前用于焦斑整形的器件是连续相位板(CPP)，其原理是给光束近场附加特定的空间相位分布，以获得与之对应的焦斑形状。光束匀滑技术主要有光谱色散匀滑(SSD)和偏振匀滑(PS)。其中偏振匀滑利用晶体的双折射性质将光束分为偏振态相互垂直的两束光进行非相干叠加，从而降低焦斑对比度。

对连续相位板的研究已经比较成熟，Lin Y等人提出了利用连续相位板对焦斑进行控制的方法(Opt.Lett.21,1703(1996))。陈波等人针对惯性约束聚变的需求，对连续相位板的设计进行了改进(光学学报,21,480(2001))。接着，李平提出了基于焦斑空间频谱控制的连续相位板设计，并在实验中实现(强激光与粒子束,20,1114(2008))，本发明专利将在下面简称这篇论文为在先技术1。连续相位板可以令激光束产生特定形状和轮廓的焦斑，但焦斑内部存在大量散斑(speckle)，使得焦斑的均匀度下降，对比度增大。为了提高激光辐照均匀性，需要对连续相位板产生的焦斑进行偏振匀滑。K.Tsubakimoto等人提出利用偏振控制板压缩散斑，提高焦斑均匀性的方法(Opt.Common.91,9(1992))。接着，J.E.Rothenberg将偏振匀滑技术应用于ICF中，提出了应用双折射晶体楔板实现焦斑匀滑的方法(J.Appl.Phys.87,3654(2000))，本发明专利将在下面简称这篇论文为在先技术2。另外，物理学报公开的一种利用晶体相位板同时实现焦斑整形和偏振匀滑技术，本发明专利将在下面简称这篇论文为在先技术3。

在高功率固体激光驱动器中，对靶点的焦斑整形和匀滑技术，采用在先技术1和在先技术2的相位板组合，其缺点在于成本较高，且光束通过光学元件的总厚度较大，光学元件的损伤风险较高；而使用在先技术3，其相位板主要采用的是将在先技术1和在先技术2的面形进行叠加，以此完成对焦斑的整形和匀滑，其缺点在于相位板上的的楔面夹角的大小，由经过相位板的激光脉冲能量波长、光束口径、以及所述双轴晶体的双折射率来决定，不同的激光脉冲能量波长、光束口径需要不同楔面夹角的相位板，通用性不强，且加工工艺较为复杂。

发明内容

本发明设计公开了一种用于靶点焦斑整形和光束匀滑的激光光路，在有效解决上述问题的同时，能可靠地实现在高功率固体激光驱动器中，对靶点上的焦斑的进行轮廓整形和偏振匀滑。

本发明提供的技术方案为：

一种用于靶点焦斑整形和光束匀滑的激光光路，其特征在于，包括，入

射激光束，凸透镜，相位板，靶面；其中，

所述相位板由单轴晶体构成，且所述单轴晶体被加工成前后表面与单轴晶体的光轴平行的晶体板，且所述晶体板前后表面的其中一面，其上有使用已有技术刻蚀的连续相位板面形；

所述入射激光束进入光路时与凸透镜表面垂直，且其偏振方向与单轴晶体光轴夹45度角；

所述相位板位于透镜和靶面之间并靠近透镜一侧，且其上刻蚀有连续相位板面形的一面与靶面相对；

所述入射激光束经凸透镜聚焦后形成聚焦光束，且

所述聚焦光束进入相位板后产生双折射现象，被分成强度相等的寻常光(o光)和非常光(e光)，且所述寻常光(o光)和非常光(e光)在出射时，光束上都带有连续相位板面形对应的相位分布，且

所述寻常光(o光)和非常光(e光)因折射率不同，使得寻常光(o光)和非常光(e光)的焦点在成像的位置上前后错开，且所述焦点之间的距离有位移差Δz；

所述靶面的位置取位移差Δz的中间值进行设置。

优选的是，所述相位板的制作方法为：

步骤1，确定所述单轴晶体的光轴方向，

步骤2，切割晶体，将所述单轴晶体前、后表面平行于单轴晶体光轴方向进行切割，得到晶体板，

步骤3，加工面形，将所述晶体板前、后表面的其中一面，使用已有连续相位板的面形加工技术进行刻蚀。