高功率超短脉冲系统等离子体镜的焦斑退化分析
发布时间：2021-02-08 14:58
等离子体镜是一种有效提升高功率超短脉冲激光信噪比的方法,但在一部分实验中使用等离子体镜后焦斑出现了退化现象。为了定量研究等离子体镜的焦斑退化问题,提出基于等离子体膨胀和衍射传输的时空聚焦多步传输算法,通过光束质量评价函数定量分析等离子体膨胀时间、波前误差幅值和空间频率对焦斑退化的影响。仿真结果表明,等离子体镜引起的远场焦斑退化主要是由等离子体膨胀时间和波前误差引起的等离子体膨胀不均匀所致,其中,等离子体膨胀时间是主导因素。并且波前误差的幅度越大、空间频率越低,对聚焦能力的影响相对越大。从高信噪比、高功率激光系统输出能力的角度考虑,对于使用等离子体镜的高功率超短脉冲激光系统提出时空上的光束质量要求,以避免远场焦斑的退化问题。
【文章来源】：光学学报. 2020,40(02)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
PM时空聚焦多步传输算法模型示意图
高功率超短脉冲PM聚焦系统的示意图如图2(a）所示。首先，脉冲经离轴抛物镜（OAP）反射聚焦到基片上，基片表面产生PM来反射脉冲。由于整个过程中无非线性增长和B积分的影响，离轴抛物镜可被认为是理想的聚焦元件。其次，离轴抛物镜没有单色像差和展宽效应，满足线性传输条件。综上所述，为了简化计算，将离轴抛物面镜认为是理想的无像差透镜。2.1 等离子体膨胀的相位调制
利用PM时空聚焦多步传输算法，在初始光场中引入误差调制，计算光场经过PM调制后的远场焦斑，并通过光束质量评价函数表征其光束质量。引入的随机波前误差可表示为[20-21]式中：Ci为波前误差的幅值；Ri(-1,1）表示从-1到1的随机分布；*表示卷积运算；Six和Siy分别代表x和y方向的空间尺寸。系统中的总误差为不同空间频率误差的叠加。
【参考文献】：
期刊论文
[1]神光Ⅱ激光装置研制[J]. 朱健强,陈绍和,郑玉霞,黄关龙,刘仁红,唐贤忠,张明科,徐振华,沈丽青,陈庆浩,彭增云,朱宝强,竺庆春,唐永兴,张伟清,唐福林,刘凤翘,毛楚生,朱俭,马伟新,李学春,杨琳,王树森,杨义,蔡希洁,林尊琪,范滇元,王世绩,顾援,邓锡铭. 中国激光. 2019(01)
[2]超快飞秒激光场中原子分子量子态调控[J]. 罗嗣佐,陈洲,李孝开,胡湛,丁大军. 光学学报. 2019(01)
[3]上海超强超短激光实验装置[J]. 冷雨欣. 中国激光. 2019(01)
[4]Characterization and application of plasma mirror for ultra-intense femtosecond lasers[J]. 葛绪雷,方远,杨骕,魏文青,刘峰,袁鹏,马金贵,赵利,远晓辉,张杰. Chinese Optics Letters. 2018(01)
[5]大口径超短脉冲聚焦系统波前误差对时间信噪比的影响[J]. 朱坪,谢兴龙,焦兆阳,朱健强. 光学学报. 2014(10)
[6]快速傅里叶变换方法计算短波长激光束聚焦的讨论[J]. 杨美霞,钟鸣,任钢,何衡湘,刘文兵,夏惠军,薛亮平. 光学学报. 2011(05)
[7]高功率光学元件畸变波前位相均方根梯度计算[J]. 陈源画,郑万国,陈文静,贺少勃,粟敬钦,陈远斌,袁静. 强激光与粒子束. 2005(03)
本文编号：3024104
【文章来源】：光学学报. 2020,40(02)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
PM时空聚焦多步传输算法模型示意图
高功率超短脉冲PM聚焦系统的示意图如图2(a）所示。首先，脉冲经离轴抛物镜（OAP）反射聚焦到基片上，基片表面产生PM来反射脉冲。由于整个过程中无非线性增长和B积分的影响，离轴抛物镜可被认为是理想的聚焦元件。其次，离轴抛物镜没有单色像差和展宽效应，满足线性传输条件。综上所述，为了简化计算，将离轴抛物面镜认为是理想的无像差透镜。2.1 等离子体膨胀的相位调制
利用PM时空聚焦多步传输算法，在初始光场中引入误差调制，计算光场经过PM调制后的远场焦斑，并通过光束质量评价函数表征其光束质量。引入的随机波前误差可表示为[20-21]式中：Ci为波前误差的幅值；Ri(-1,1）表示从-1到1的随机分布；*表示卷积运算；Six和Siy分别代表x和y方向的空间尺寸。系统中的总误差为不同空间频率误差的叠加。
【参考文献】：
期刊论文
[1]神光Ⅱ激光装置研制[J]. 朱健强,陈绍和,郑玉霞,黄关龙,刘仁红,唐贤忠,张明科,徐振华,沈丽青,陈庆浩,彭增云,朱宝强,竺庆春,唐永兴,张伟清,唐福林,刘凤翘,毛楚生,朱俭,马伟新,李学春,杨琳,王树森,杨义,蔡希洁,林尊琪,范滇元,王世绩,顾援,邓锡铭. 中国激光. 2019(01)
[2]超快飞秒激光场中原子分子量子态调控[J]. 罗嗣佐,陈洲,李孝开,胡湛,丁大军. 光学学报. 2019(01)
[3]上海超强超短激光实验装置[J]. 冷雨欣. 中国激光. 2019(01)
[4]Characterization and application of plasma mirror for ultra-intense femtosecond lasers[J]. 葛绪雷,方远,杨骕,魏文青,刘峰,袁鹏,马金贵,赵利,远晓辉,张杰. Chinese Optics Letters. 2018(01)
[5]大口径超短脉冲聚焦系统波前误差对时间信噪比的影响[J]. 朱坪,谢兴龙,焦兆阳,朱健强. 光学学报. 2014(10)
[6]快速傅里叶变换方法计算短波长激光束聚焦的讨论[J]. 杨美霞,钟鸣,任钢,何衡湘,刘文兵,夏惠军,薛亮平. 光学学报. 2011(05)
[7]高功率光学元件畸变波前位相均方根梯度计算[J]. 陈源画,郑万国,陈文静,贺少勃,粟敬钦,陈远斌,袁静. 强激光与粒子束. 2005(03)
本文编号：3024104
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