[发明专利]多路皮秒和纳秒复合高功率激光脉冲系统及聚焦调节方法

说明书

一种多路皮秒和纳秒复合高功率激光脉冲系统及聚焦调节方法，本发明将聚焦离轴抛物面反射镜与靶室集成为一体，解决了传统聚焦方法中离轴抛物面反射镜占用空间大，且在多束光入射时难以调节聚焦的问题，为光束较多的情况下提供了聚焦的可能性。

技术领域

本发明涉及激光惯性约束核聚变，特别是一种多路皮秒和纳秒复合高功率激光脉冲系统及聚焦调节方法。

背景技术

激光惯性约束核聚变(ICF)是未来发展新型清洁能源的一种可能途径，其方法是利用多路(通常上百路)纳秒高功率激光脉冲均匀辐照由氘氚制成的靶丸(直接驱动)或者辐照黑腔体表面，由黑腔体产生的二次辐射(X射线、γ射线等)辐照氘氚靶丸(间接驱动)，将氘氚靶丸压缩到高温高压状态，发生聚变反应并释放出能量。近年来随着激光惯性约束聚变物理诊断、快点火驱动(注：快点火驱动是指：首先利用纳秒脉冲对氘氚靶丸进行压缩，然后利用高能皮秒激光脉冲触发聚变反应的一种驱动方式)、以及其它新型驱动方式的发展，提出了在常规纳秒激光驱动的基础上，建造一束甚至多束皮秒PW(1PW＝10¹⁵W)激光的要求，例如法国兆焦激光装置(LMJ)配置了一束皮秒PW激光(PETA-PS)，美国OMEGA激光装置配置了两束皮秒PW激光(OMEGA-EP)，美国国家点火装置(NIF)配置了四束皮秒PW激光(ARC-PS)，中国神光-II升级装置配置了一束皮秒PW激光(SG-II-PS-PW)，在建中的更大规模的神光系列装置(神光-IV)将配置4-8束皮秒PW激光等，随着对惯性约束聚变物理机制的理解和激光驱动器技术的进一步发展，未来的激光驱动器可能会需要建造更多路的皮秒PW激光。

由于强激光会导致空气电离从而无法到达靶丸，因此激光的聚焦通常发生在真空靶室中。每一束皮秒PW激光都必须通过真空靶室中的一个离轴抛物面反射镜聚焦于靶丸(近似为一点)，常规的聚焦方式如图1所示，离轴抛物面反射镜独立安装与靶室的真空系统中，激光路数的不断增加也就意味着所需要的离轴抛物面反射镜数目的增加。这样的聚焦方式必然存在着以下不足：

(1)离轴抛物面反射镜数目的增加会导致靶室内本就狭小的空间更为紧张，使得光路的调整难度大幅增加。

(2)由于离轴抛物面反射镜的调节依赖于对伺服电机的控制，而离轴抛物面反射镜的增加意味着需要对每个伺服电机实现同步控制，这种控制难度无疑会随着离轴抛物面反射镜数目的增加呈指数级增长。

发明内容

本发明的目的是为了弥补上述的现有聚焦方法的不足，提供了一种多路皮秒和纳秒复合高功率激光脉冲系统及聚焦调节方法。与传统方法相比，该方法的主要优势在于靶点位置以及离轴抛物面反射镜位置和姿态固定，大大简化了调节光路的过程。与此同时，由于该方法将离轴抛物面反射镜与靶室集成为一体改善了靶室中空间受限的问题，为光束较多的情况下提供了聚焦的可能性。

本发明的技术解决方案如下：

一种多路皮秒和纳秒复合高功率激光脉冲系统，其特点在于该系统的构成是：根据工作的需要，在靶室的内壁上设置具有共同焦点位置的N路离轴抛物面反射镜，靶位设置在所述的离轴抛物面聚焦镜的焦点，称为靶点，在入射光路和所述的离轴抛物面反射镜之间设置第1转接镜和第2转接镜，所述的第1转接镜的位置和第2转接镜的角度通过相应的步进电机来控制。

所述的多路离轴抛物面反射镜设置在靶室的内壁上的方法包括：将加工好的多路离轴抛物面反射镜固定在所述的靶室的内壁上，或直接由所述的靶室的内壁打磨形成。

所述的多路皮秒和纳秒复合高功率激光脉冲系统进行多路皮秒脉冲聚焦调节的方法，该方法包括下列步骤：

1)根据靶室的尺寸和靶点的位置计算出第i路离轴抛物面反射镜的焦距f_i和离轴量b_i，N为靶室的所有皮秒激光脉冲入射光路或离轴抛物面反射镜的总数；