基于光参量放大的光学元件损伤检测技术研究

发布时间：2020-04-01 11:27

【摘要】：大型激光装置使用了上千块光学元件,这些光学元件许多在高激光通量下运行,极易造成损伤。目前国际上许多国家开展了光学元件损伤检测相关技术的研究,以便快捷、有效地获得元件的损伤情况。大型激光装置光学元件的损伤在线检测通常采用侧照明的暗场成像技术,本质上是根据探测器对损伤点发出的微弱信号的响应来实现对光学元件损伤的探测。目前侧照明的暗场成像损伤在线检测技术已经趋于成熟,但是该技术只能检测激光照射后的光学元件损伤情况,无法探测激光照射过程中的动力学损伤特征,如钕玻璃的损伤炸裂动力学特性、B积分增长特性等。这类动力学损伤特性只能利用非线性技术进行探测。本论文探索了基于光参量放大(optical parametric amplifier,OPA)的光学元件损伤检测技术,通过理论计算了非线性晶体的相位匹配关系和有效增益;分析了影响光参量放大过程的相关参数,对非线性晶体进行了优化设计。选用KDP晶体,将光学元件在强激光辐照下形成的损伤所产生的散射光作为种子光源进行放大,得到了 103的有效增益,通过CCD采集到的图像可观察到被测光学元件上尺寸小于30μm的损伤点。研究并计算了晶体姿态、入射光束状态等对种子光放大特性的影响,采用非共线90° Ⅰ类ooe相位匹配方式,设计了一种易于调整的OPA放大系统,这种设计可以在在一定角度范围内实现OPA放大,并且可在中心角度两侧对称位置得到OPA输出峰值,但是随着角度入射光角度关系的变化,OPA输出峰值随晶体姿态调整的变也更加敏锐。分析对比了不同损伤形貌对种子光的影响,通过选取不同损伤深度和不同损伤宽度的损伤点对OPA的影响,观察到了随着单一损伤形貌减小,所探测到的经OPA后输出能量也随之降低的实验现象。并通过辐射标定程序对CCD采集到的数据进行处理,处理结果与损伤点实际测量值之间的测量误差小于25%。这种基于OPA的光学元件损伤检测技术可有效地探测到光学元件上的损伤点,为下一步开展光学元件损伤动力学的研究奠定了基础。
【图文】：

激光装置,靶材料,点火装置,物理

士论文逦基于光参量放大的光学元件损伤检测技术研究逡逑绪论逡逑１研宄背景逡逑高功率激光脉冲是研究强场物理的有力工具，目前各核大国将高峰值功率激光技术逡逑为最前沿的强激光领域研究课题。美国利夫莫尔实验室（Ｌａｗｒｅｎｃｅ邋Ｌｉｖｅｒｍｏｒｅ邋Ｎａｔｉｏｎａｌ逡逑ｂｏｒａｔｏｒｙ，ＬＬＮＬ）于１９９７年４月启动了目前世界上最大的激光装置项目——国家点火逡逑置（Ｎａｔｉｏｎａｌ邋Ｉｇｎｉｔｉｏｎ邋Ｆａｃｉｌｉｔｙ，邋ＮＩＦ）Ｕ］＿］，如图邋１邋所示，并于邋２００９邋年完成了邋ＮＩＦ邋装置逡逑联机调试，实现了邋１９２束激光输出，紫外激光输出总能力为１．８ＭＪ，７５０ＴＷ（３５１ｎｍ严；逡逑国与美国进行了深度合作，采用与ＮＩＦ相Ｎ的技术路线，开展了兆焦耳激光装置（Ｌａｓｅｒ逡逑ａｇａｊｏｕｌｅ，邋ＬＭ．丨）的建设＇该装置共包含２４０路激光束，建成后的紫外激光输出总能逡逑可达２．４ＭＪ，５００ＴＷ（３５１ｎｍ）；其他如俄罗斯、日本、英国等国家也先后建立了邋ＩｓｋｒａＭ、逡逑ｅｋｋｏ邋Ｘｌｌ邋ｍ、Ｖｕｌｃａｎ？等巨型惯性约束聚变激光装置。逡逑Ｏｐｔｉｃｓ邋ａ￡＆＜２？ｎ！＞ｉｙ逡逑

频谱,关联曲线,通量,辐照

图１．３辐照次数、通量与损伤尺度关联曲线逡逑上个世纪９０年代，ＮＩＦ在多程放大系统开展了损伤在线检测技术研宄［２８］。其损伤逡逑在线检测光路图如图１．４所示：它采用主动照明方式，借助空间滤波器的望远成像系统对逡逑主放大段的目标元件进行暗场成像，通过在频谱面上放置遮挡圆屏来消除背景光场的影逡逑响，对采集到的图像经过分析即可得到损伤点信息［２９］。逡逑＿＿＿＿＿＿＿邋ＴＳＦ邋＿＿＿＿＿＿＿逦Ｔｏ逡逑ＣＳＦ逦Ｊｊ邋ＡＭＰ邋ＳＦ３邋厂邋ＳＦ４邋Ｓｐｌ逦ＰＭ邋１ａ逡逑ｒｗｉ＞ｊｂ邋［夕邋１逦／ｉｎｆｅｃｔｉ0ｎ邋Ｓｒ＾ｍ９逡逑ＬＭ１邋ＡＭＰ邋ＳＦ１邋ＴＳＦ２邋ＰＣ邋Ｐｏｌ邋＾Ｍ２邋ｐｊｎｈ0）ｅ邋＃４邋｛ＴＰＨ４）邋ｐＭ２邋逦逡逑Ｐｉｎｈｏｌｅｓ邋＃１邋＆邋＃４逦（Ｙ邋ｒｏｖｉｎｇ＾，邋％ＰＷ３逡逑（ＣＰＨ１邋＆ＣＰＨ４）逦ｍｉｒｒｏｒ）邋Ｎｂｉ逦逡逑ＰＭＩＯ＾逦＾ＰＭ６逡逑」ＰＬ２逦ＰＭ５＼｜—＼／ｐｍ逡逑Ｉ逡逑图１．４邋ＮＩＦ的ＬＯＤＩ光路图逡逑上海光机所任冰强等针对某高功率固体激光装置的主放光学元件设计了一套光学逡逑元件在线检测模块采用明场成像技术，，用于观察钕玻璃片的损伤行为，该检测模块逡逑４逡逑
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB302.5

【参考文献】