用于光束偏振匀滑的系统.pdf

《用于光束偏振匀滑的系统.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《用于光束偏振匀滑的系统.pdf（10页完成版）》请在专利查询网上搜索。

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202020356735.9 (22)申请日 2020.03.19 (73)专利权人 中国工程物理研究院激光聚变研 究中心 地址 621999 四川省绵阳市绵山路64号 (72)发明人 孙喜博耿远超刘兰琴张颖 黄晚晴王文义马文静陈元 周丽丹袁晓东胡东霞 (74)专利代理机构 北京同辉知识产权代理事务 所(普通合伙) 11357 代理人 张明利 (51)Int.Cl. G02B 27/09(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (54)实用新型名称 用于光束。

2、偏振匀滑的系统 (57)摘要 本申请涉及激光偏振匀滑技术领域， 公开了 一种用于光束偏振匀滑的系统， 包括： 用于实现 目标焦斑轮廓及强度分布匀滑的连续相位板、 用 于实现偏振分离的双轴晶体和聚焦透镜， 连续相 位板、 聚焦透镜和双轴晶体沿光束入射方向依次 排列设置。 将经过连续相位板匀滑之后的光束引 入特殊角度的双轴晶体实现偏振调控， 同时在聚 焦平面实现不同偏振态焦斑的空间分离， 实现非 相干叠加， 可以进一步降低焦斑分布的对比度， 实现光束匀滑的效果。 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 CN 211426954 U 2020.09.04 CN 211426954 U 1.一种用于光束。

3、偏振匀滑的系统， 其特征在于， 包括： 用于实现目标焦斑轮廓及强度分布匀滑的连续相位板、 用于实现偏振分离的双轴晶体 和聚焦透镜， 所述连续相位板、 聚焦透镜和双轴晶体沿光束入射方向依次排列设置。 2.根据权利要求1所述的系统， 其特征在于， 所述双轴晶体为由若干单个晶体组成的级联双轴晶体组； 所述级联双轴晶体组总长度Lli， 其中， li为单个晶体的长度。 3.根据权利要求2所述的系统， 其特征在于， 所述级联双轴晶体组中各晶体光轴互相平 行。 4.根据权利要求1所述的系统， 其特征在于， 所述双轴晶体的入射端面与光轴方向垂 直。 5.根据权利要求1所述的系统， 其特征在于， 所述双轴晶体为。

4、KGW晶体。 6.根据权利要求5所述的系统， 其特征在于， 所述KGW晶体的第一主轴折射率ng2.086， 第二主轴折射率nm2.013， 第三主轴折射率np2.045。 权利要求书 1/1 页 2 CN 211426954 U 2 用于光束偏振匀滑的系统 技术领域 0001 本申请涉及激光偏振匀滑技术领域， 特别涉及一种用于光束偏振匀滑的系统。 背景技术 0002 在激光驱动的惯性约束聚变(inertial confinement fusion， ICF)系统中,对靶 面的均匀辐照是一个关键问题。 激光驱动源的靶面不均匀性会影响ICF过程中， 激光与等离 子体相互作用时的瑞利-泰勒不稳定性及。

5、等离子体不稳定性。 在靶丸的压缩过程中,瑞利- 泰勒不稳定性会使靶丸由于非对称压缩而提前垮掉； 激光等离子体不稳定性会影响压缩度 跟内爆对称性。 因此， 提高光束的均匀辐照都是提高束靶耦合效率的必要条件。 0003 NIF实验证明偏振匀滑(Polarization smoothing， PS)可以显著降低激光重叠处 受激布里渊散射(stimulated Brillouin scattering， SBS)与受激拉曼散射(stimulated raman scattering， SRS)的产生。 PS已经成为ICF装置的必备技术。 目前已经提出的偏振匀 滑方案主要有双折射楔(Birefringe。

6、nce wedge， BW)方案与偏振控制板(Polarization control panel， PCP)方案。 BW方案中使用带楔角的双折射晶体将o光与e光在聚焦平面分离 一定距离， 使o光、 e光的远场散斑达到非相关并叠加。 PCP方案直接使用偏振控制板调制辐 照光的偏振态空间分布， 降低光束的相干性。 0004 在实现本公开实施例的过程中， 发现相关技术中至少存在如下问题： BW方案需要 经过激光加工来实现楔角， 受加工精度影响且存在用料切割的难题； 而PCP方案采用拼接方 式， 器件较为复杂， 拼接精度也会对聚焦过程带来影响。 实用新型内容 0005 为了对披露的实施例的一些方面有。

7、基本的理解， 下面给出了简单的概括。 所述概 括不是泛泛评述， 也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围， 而是作 为后面的详细说明的序言。 0006 本公开实施例提供了一种用于光束偏振匀滑的系统， 可以在一定程度上克服BW方 案和PCP方案中的不足。 0007 在一些实施例中， 用于光束偏振匀滑的系统， 包括： 用于实现目标焦斑轮廓及强度 分布匀滑的连续相位板、 用于实现偏振分离的双轴晶体和聚焦透镜， 所述连续相位板、 聚焦 透镜和双轴晶体沿光束入射方向依次排列设置。 0008 本公开实施例提供的用于光束偏振匀滑的系统， 可以实现以下技术效果： 0009 将经过连续相位板(c。

8、ontinuous phase plate， CPP)匀滑之后的光束引入特殊角 度的双轴晶体实现偏振调控， 同时在聚焦平面实现不同偏振态焦斑的空间分离， 实现非相 干叠加， 可以进一步降低焦斑分布的对比度， 实现光束匀滑的效果。 0010 以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的， 不用于限制本申请。 说明书 1/4 页 3 CN 211426954 U 3 附图说明 0011 一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明， 这些示例性说明和附图 并不构成对实施例的限定， 附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件， 附图不 构成比例限制， 并且其中： 0012 图1是本公开实。

9、施例提供的用于光束偏振匀滑的系统的结构示意图； 0013 图2是本公开实施例提供的经过不同处理后得到的光斑示意图； 0014 图3是本公开实施例提供的经过CPP和依次经过CPP、 CR得到的焦斑分布对比图； 0015 图4是本公开实施例提供的经过CPP和依次经过CPP、 CR得到的FOPAI曲线对比图； 0016 图5是本公开实施例提供的CPP和依次经过CPP、 CR得到的PSD曲线对比图； 0017 图6是本公开实施例提供的另一用于光束偏振匀滑的系统的结构示意图； 0018 图7是本公开实施例提供的光束偏振匀滑效果图； 0019 图8是本公开实施例提供的另一光束偏振匀滑效果图； 0020 图。

10、9是本公开实施例提供的另一光束偏振匀滑效果图。 具体实施方式 0021 为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容， 下面结合附图对本公 开实施例的实现进行详细阐述， 所附附图仅供参考说明之用， 并非用来限定本公开实施例。 在以下的技术描述中， 为方便解释起见， 通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。 然而， 在没有这些细节的情况下， 一个或多个实施例仍然可以实施。 在其它情况下， 为简化 附图， 熟知的结构和装置可以简化展示。 0022 本公开实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语 “第一” 、“第二” 等是用 于区别类似的对象， 而不必用于描述特定的顺序或先后次序。 应。

11、该理解这样使用的数据在 适当情况下可以互换， 以便这里描述的本公开实施例的实施例。 此外， 术语 “包括” 和 “具有” 以及他们的任何变形， 意图在于覆盖不排他的包含。 0023 为了便于理解， 下面对本申请中涉及的概念进行介绍。 0024 钨酸钾钆(KGd(WO4)2， KGW)激光晶体， 是在钨酸钙晶体上发展起来的一种新型激光 材料。 0025 结合图1所示， 本公开实施例提供一种用于光束偏振匀滑的系统， 包括： 用于实现 目标焦斑轮廓及强度分布匀滑的连续相位板11、 用于实现偏振分离的双轴晶体13和、 聚焦 透镜12， 所述连续相位板11、 聚焦透镜12和双轴晶体(biaxial cr。

12、ystal， CR)13沿光束入射 方向依次排列设置。 CPP实现目标焦斑轮廓及强度分布， CR实现偏振分离， 将光束分为两束 互相垂直的光束， 两束光束具有不同的指向， 两束光束经过透镜聚焦后， 在聚焦平面处实现 空间分离。 0026 在一些实施例中， 入射光束可以为超高斯光束或者高斯光束等。 0027 经过CPP匀滑后的光束， 通过CR， 可以使得聚焦后的散斑， 按照不同的偏振态在空 间上进一步分开， 实现彼此非相干叠加。 进而降低焦斑的对比度， 提高匀滑效果。 如图2所 示， 未经过CPP匀滑的高斯光束聚焦后形成的高斯型光斑如21所示。 经过楔形板后的光束分 为o光和e光， 具有不同的指。

13、向， 聚焦后在焦平面位置分离为两个光斑， 两光斑具有不同的偏 振态如22所示。 经过CR后的光束， 聚焦后在焦平面位置扩散为一个环形， 环上不同位置的偏 说明书 2/4 页 4 CN 211426954 U 4 振态不同如23所示。 光束经过楔形板后， 再经过CR， CR使得两垂直偏振态的光束具有不同的 指向， 从而会在空间上分离开， 并且对于每一种偏振态有多个指向， 得到在空间内扩散为两 个半圆环的光斑， 如24所示。 0028 图3是本公开实施例提供的经过CPP和依次经过CPP、 CR得到的焦斑分布对比图。 其 中， 31是经过CPP的远场射束的焦斑分布， 焦斑强度分布平顶的均方根(Roo。

14、t Mean Square， RMS)为74.9； 32是依次经过CPP、 双轴晶体的远场射束的焦斑分布， 焦斑强度分布RMS为 55.2， 其水平坐标和数值坐标的单位为微米。 0029 图4是本公开实施例提供的经过CPP和依次经过CPP、 CR得到的二维离散焦斑分布 中大于某阈值光强的所包含激光能量和焦斑总能量的比例(Fraction power above intensity， FOPAI)曲线对比图。 图中的FOPAI曲线均有明显的下降。 0030 图5是本公开实施例提供的CPP和依次经过CPP、 CR得到的功率谱密度(Power spectral density， PSD)曲线对比图。。

15、 图中的PSD在全空间频域都有所降低。 0031 基于对上述对比结果的分析可知， 将经过CPP匀滑之后的光束引入特殊角度的CR 实现偏振调控， 同时在聚焦平面实现不同偏振态焦斑的空间分离， 实现非相干叠加， 可以进 一步降低焦斑分布的对比度， 实现光束匀滑的效果。 0032 如图6所示， 在一些实施例中， 双轴晶体为由若干单个晶体组成的级联双轴晶体 63； 级联双轴晶体63总长度Lli， 其中， li为单个晶体的长度。 0033 在一些实施例中， 级联双轴晶体组中各晶体光轴互相平行。 晶体光轴间互相平行 可以使得入射光束分为两种垂直偏振态， 同时具有不同的位相， 经过透镜聚焦后可以实现 在远场。

16、的空间分离。 其中， 两种垂直偏振态在空间内分离在xf/2附近， 即， 扩散的圆环半 径R0 xf/2。 0034 在一些实施例中， 双轴晶体的入射端面与光轴方向垂直。 0035 在一些实施例中， 双轴晶体为KGW晶体。 0036 在一些实施例中， KGW晶体的第一主轴折射率ng2.086， 第二主轴折射率nm 2.013， 第三主轴折射率np2.045。 0037 在一些实施例中， 通过调节级联双轴晶体组中的晶体长度和双轴晶体之间的夹 角， 调节光束的偏振匀滑。 0038 在一些实施例中， 将入射光束设置为圆偏振11阶超高斯光束， 入射光束的波长 351nm， 束腰半径01mm， 级联双轴晶。

17、体组中晶体数为2， 晶体间矢量夹角 0， 选取焦距fc 0.5m的聚焦透镜。 如图7所示， 级联双轴晶体组中CR间夹角为0 的情况下， 前述入射光束 经过CPP,级联双轴晶体组中的晶体总长度对入射光束RMS几乎没有影响， 前述入射光束经 过CPP、 CR后， 入射光束RMS随着级联双轴晶体组中的晶体总长度的增加， 先下降后上升。 如 图8所示， 级联双轴晶体组中CR间夹角为90 的情况下， 前述入射光束经过CPP级联双轴晶体 组中的晶体总长度对入射光束RMS几乎没有影响， 前述入射光束经过CPP、 CR后， 入射光束 RMS随着级联双轴晶体组中的晶体总长度的增加， 先下降后上升。 级联双轴晶体。

18、组中CR间夹 角为180 的情况下， 级联双轴晶体组中的晶体总长度对匀滑效果没有影响。 0039 在一些实施例中， 将入射光束设置为圆偏振11阶超高斯光束， 入射光束的波长 351nm， 束腰半径01mm， 级联双轴晶体组中晶体数为2， 双轴晶体长度均为3.42mm， 选取 焦距fc0.5m的聚焦透镜， 晶体间矢量夹角为 。 如图9所示， 前述入射光束经过CPP， 级联双 说明书 3/4 页 5 CN 211426954 U 5 轴晶体组中晶体之间的矢量夹角 对入射光束RMS几乎没有影响； 前述入射光束经过CPP、 CR 后， 入射光束RMS随着级联双轴晶体组中晶体之间的矢量夹角 的增加， 先下降后上升。 0040 以上已将本实用新型做一详细说明， 以上所述， 仅为本实用新型之较佳实施例而 已， 当不能限定本实用新型实施范围， 即凡依本申请范围所作均等变化与修饰， 皆应仍属本 实用新型涵盖范围内。 说明书 4/4 页 6 CN 211426954 U 6 图1 图2 图3 说明书附图 1/4 页 7 CN 211426954 U 7 图4 图5 说明书附图 2/4 页 8 CN 211426954 U 8 图6 图7 说明书附图 3/4 页 9 CN 211426954 U 9 图8 图9 说明书附图 4/4 页 10 CN 211426954 U 10 。