強激光焦斑均勻性在線監測方法技術

本發明專利技術屬于強激光領域。為解決現有慣性約束核聚變“點火”用大型激光系統尚無焦斑均勻性在線監測方法可用的問題，本發明專利技術提供了一種強激光焦斑均勻性在線監測方法。該方法包括以下步驟：一、設置楔形分束鏡；二、設置監測光學系統；三、分離監測光路；四、設置CCD圖像傳感器與數據處理系統；五、設置第一衰減片并粗調監測光路；六、精調監測光路；七、改用第二衰減片；八、進行在線監測。本發明專利技術的在線監測方法能夠較好實現慣性約束核聚變“點火”用大型激光系統的焦斑均勻性在線監測，實際應用表明其監測結果準確可靠，為慣性約束核聚變“點火”用大型激光系統各關鍵技術的研究提供了可靠保障。

On line monitoring method for focal spot uniformity of high power laser

The invention belongs to the field of high power laser. In order to solve the problem that the large-scale laser system of the existing inertial confinement fusion ignition system has no problem of on-line monitoring of the focal spot uniformity, the invention provides an on-line monitoring method for the high intensity laser spot uniformity. The method comprises the following steps: to set up a wedge beam splitter; two, set up monitoring optical system; three, separate monitoring optical path; four, set the CCD image sensor and data processing system; five, set the first attenuation tablets and coarse monitoring optical path; six, fine tuning of optical monitoring, second to seven; the attenuation of tablets; eight, online monitoring. The on-line monitoring method of the invention can realize ICF ignition with large focal spot laser system uniformity on-line monitoring, practical application shows that the monitoring results are accurate and reliable for inertial confinement fusion \ignition\ Research on the key technology of large laser system to provide a reliable guarantee.

【技術實現步驟摘要】
強激光焦斑均勻性在線監測方法
本專利技術屬于強激光領域，具體涉及一種強激光焦斑均勻性在線監測方法。
技術介紹
二十世紀六十年代，我國著名科學家王淦昌等提出了利用激光驅動慣性約束核聚變的概念。八十年代末，美國用地下核爆的輻射能量成功地驅動了慣性約束聚變，證明了慣性約束聚變的可行性。九十年代以來，包括我國在內的一些國家建造了以“點火”為研究目標的百萬焦耳級的大型激光系統，例如：我國上海光機所和中國工程物理研究院建造的神光系列激光系統，中國原子能科學研究院建造有天光一號激光系統等。用于慣性約束核聚變“點火”的大型激光系統通常包括種子光源、光路系統、放大器等功能模塊。工作時，由種子光源發射的激光束經多次分束、放大、同步等諸多步驟處理后，最后在靶面上形成強激光焦斑，以用于慣性約束核聚變的“點火”。然而，由于種種原因，以上述方式在靶面上形成的強激光焦斑可能會存在不十分均勻的問題，會對激光靶物理研究造成難以逾越的困難。對于強激光焦斑均勻性的在線監測，國際上目前尚未見到公開的成熟技術可供參考，而我國仍未完全掌握此項技術。基于慣性約束核聚變的重要意義和美好前景，以及其“點火”激光系統所起的關鍵性作用，因此開發一種強激光焦斑均勻性在線監測方法以支撐有關關鍵技術的研究成為亟待解決的問題。
技術實現思路
為解決現有慣性約束核聚變“點火”用大型激光系統尚無焦斑均勻性在線監測方法可用，造成有關關鍵技術的研究無法順利進行的問題，本專利技術提供了一種強激光焦斑均勻性在線監測方法。該強激光焦斑均勻性在線監測方法包括以下步驟：(一)在待監測激光系統打靶光路前端的每一路中設置一個楔形分束鏡，且各楔形分束鏡的光學性能均相同；(二)設置與所述打靶光路所采用的光學系統完全相同的監測光學系統；(三)通過調整所述監測光學系統的方位以及每一個楔形分束鏡的方位，由打靶光路中分離出監測光路，并使所述監測光路的結構與各楔形分束鏡之后的打靶光路的結構基本相同；(四)在所述監測光路的焦斑處放置CCD圖像傳感器，并將所述CCD圖像傳感器與數據處理系統相連接；(五)在所述監測光路的焦斑前設置一塊第一衰減片，在非放大狀態下開啟待監測激光系統，調整所述第一衰減片的位置使所述監測光路的各路激光均能通過所述第一衰減片，并將其位置固定在光路系統中，所述第一衰減片的透過率應在待監測激光系統處于非放大狀態時滿足所述CCD圖像傳感器的感光要求；(六)根據所述數據處理系統輸出的焦斑圖像數據對所述監測光學系統進行精確調整，以使所述監測光路的焦斑精確聚焦，此時所述監測光路的結構與楔形分束鏡之后的打靶光路在結構上達到完全相同；(七)以外形尺寸與所述第一衰減片完全相同的第二衰減片代替所述第一衰減片，并將所述第二衰減片置于所述第一衰減片原來的位置，所述第二衰減片的透過率應在待監測激光系統處于放大狀態時滿足所述CCD圖像傳感器的感光要求；(八)在待監測激光系統正常工作狀態下進行在線監測，由所述數據處理系統直接獲取焦斑均勻性在線監測數據。進一步地，步驟(五)中，若直接移除所述第一衰減片，所述CCD圖像傳感器仍可正常感光而不發生損壞，則可以外形尺寸與所述第一衰減片完全相同的白片代替所述第一衰減片，并將所述白片置于所述第一衰減片原來的位置。進一步地，所述楔形分束鏡雙面鍍有增透膜為優選，以減少打靶激光的能量損失。進一步地，所述楔形分束鏡的材質優選為熔石英。為實現強激光焦斑均勻性的在線監測，并確保監測結果的準確可靠，本專利技術采用一組楔形分束鏡從打靶光路中分離出一組能量相對很小的激光束作為監測光路，然后通過CCD圖像傳感器及數據處理系統等對監測光路進行精確調整，最終復制了一套與打靶光路完全一致的監測光路，該監測光路與打靶光路具有高度的同步性。慣性約束核聚變“點火”用大型激光系統的工作狀態包括放大狀態和非放大狀態，放大狀態用于打靶，非放大狀態用于光路及設備狀態調節等，其放大狀態的激光能量輸出遠高于非放大狀態，一般會超過兩個數量級，而分離出的監測光路在上述兩種工作狀態下的激光能量輸出也就存在巨大差異。監測光路的激光能量輸出過高，則會損壞感光設備，過低則難以有效感光，因此其激光能量輸出的巨大差異無法滿足感光設備的工作要求，無法完成在線監測。為此，本專利技術選用了外形尺寸完全一致的第一衰減片(或白片)、第二衰減片來解決這一問題。其中，第一衰減片(或白片)透過率高，第二衰減片透過率低，通過二者的適當選用并將其置于CCD圖像傳感器之前的光路中，從而較好的解決了上述難題。與此同時，外形尺寸完全一致的第一衰減片(或白片)、第二衰減片的選用也兼顧了監測光路光學參數的一致性，確保了在線監測的可靠性。綜上所述，本專利技術的強激光焦斑均勻性在線監測方法能夠較好實現慣性約束核聚變“點火”用大型激光系統的焦斑均勻性在線監測，實際應用表明其監測結果準確可靠，為慣性約束核聚變“點火”用大型激光系統各關鍵技術的研究提供了可靠保障。目前，本專利技術的在線監測方法已成功應用于我國“天光一號”高功率KrF準分子激光系統的在線監測。附圖說明圖1本專利技術的強激光焦斑均勻性在線監測方法原理示意圖。附圖標記：1.楔形分束鏡，2.凹面反射鏡，3.聚焦透鏡，4.衰減片或白片放置位置，5.監測光路焦斑，6.CCD圖像傳感器，7.數據處理系統，8.打靶光路焦斑，9.靶室。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術的實施方式做進一步的說明。實施例將本專利技術的強激光焦斑均勻性在線監測方法應用于我國最大型的高功率KrF準分子激光系統——“天光一號”的在線監測。“天光一號”的打靶光路由六束波長為248nm的強激光光束構成，打靶光路的光學系統包括六面凹面反射鏡2、六面聚焦透鏡3。其在線監測的主要步驟如下：(一)在打靶光路前端的每一路中設置一個楔形分束鏡，各楔形分束鏡1均為雙面鍍有增透膜的熔石英分束鏡，且光學性能均相同；(二)設置與所述打靶光路所采用的光學系統完全相同的監測光學系統；(三)通過調整所述監測光學系統的方位以及每一個楔形分束鏡的方位，由打靶光路中分離出監測光路，并使所述監測光路的結構與各楔形分束鏡1之后的打靶光路的結構基本相同；(四)在所述監測光路的焦斑處放置CCD圖像傳感器6，并將所述CCD圖像傳感器6與數據處理系統7相連接；(五)在所述監測光路的焦斑前設置一塊第一衰減片，在非放大狀態下開啟待監測激光系統，調整所述第一衰減片的位置使所述監測光路的各路激光均能通過所述第一衰減片，并將其位置固定在光路系統中，所述第一衰減片的透過率為90％，在非放大狀態時能夠滿足所述CCD圖像傳感器6的感光要求；(六)根據所述數據處理系統7輸出的焦斑圖像數據對所述監測光學系統進行精確調整，以使所述監測光路的焦斑精確聚焦，此時所述監測光路的結構與楔形分束鏡1之后的打靶光路在結構上達到完全相同，監測光路的焦斑直徑為500μm；(七)以外形尺寸與所述第一衰減片完全相同的第二衰減片代替所述第一衰減片，并將所述第二衰減片置于所述第一衰減片原來的位置，所述第二衰減片的透過率為1％，在放大狀態時能夠滿足所述CCD圖像傳感器6的感光要求；(八)在待監測激光系統正常工作狀態下進行在線監測，由所述數據處理系統7直接獲取焦斑均勻性在線監測數據。通過采用上述在線監測方法，“天光一號”的焦斑均勻性在線監測得以實現，從而為包括靶位均本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種強激光焦斑均勻性在線監測方法，其特征在于該強激光焦斑均勻性在線監測方法包括以下步驟：(一)在待監測激光系統打靶光路前端的每一路中設置一個楔形分束鏡，且各楔形分束鏡的光學性能均相同；(二)設置與所述打靶光路所采用的光學系統完全相同的監測光學系統；(三)通過調整所述監測光學系統的方位以及每一個楔形分束鏡的方位，由打靶光路中分離出監測光路，并使所述監測光路的結構與各楔形分束鏡之后的打靶光路的結構基本相同；(四)在所述監測光路的焦斑處放置CCD圖像傳感器，并將所述CCD圖像傳感器與數據處理系統相連接；(五)在所述監測光路的焦斑前設置一塊第一衰減片，在非放大狀態下開啟待監測激光系統，調整所述第一衰減片的位置使所述監測光路的各路激光均能通過所述第一衰減片，并將其位置固定在光路系統中，所述第一衰減片的透過率應在待監測激光系統處于非放大狀態時滿足所述CCD圖像傳感器的感光要求；(六)根據所述數據處理系統輸出的焦斑圖像數據對所述監測光學系統進行精確調整，以使所述監測光路的焦斑精確聚焦，此時所述監測光路的結構與楔形分束鏡之后的打靶光路在結構上達到完全相同；(七)以外形尺寸與所述第一衰減片完全相同的第二衰減片代替所述第一衰減片，并將所述第二衰減片置于所述第一衰減片原來的位置，所述第二衰減片的透過率應在待監測激光系統處于放大狀態時滿足所述CCD圖像傳感器的感光要求；(八)在待監測激光系統正常工作狀態下進行在線監測，由所述數據處理系統直接獲取焦斑均勻性在線監測數據。...

【技術特征摘要】
1.一種強激光焦斑均勻性在線監測方法，其特征在于該強激光焦斑均勻性在線監測方法包括以下步驟：(一)在待監測激光系統打靶光路前端的每一路中設置一個楔形分束鏡，且各楔形分束鏡的光學性能均相同；(二)設置與所述打靶光路所采用的光學系統完全相同的監測光學系統；(三)通過調整所述監測光學系統的方位以及每一個楔形分束鏡的方位，由打靶光路中分離出監測光路，并使所述監測光路的結構與各楔形分束鏡之后的打靶光路的結構基本相同；(四)在所述監測光路的焦斑處放置CCD圖像傳感器，并將所述CCD圖像傳感器與數據處理系統相連接；(五)在所述監測光路的焦斑前設置一塊第一衰減片，在非放大狀態下開啟待監測激光系統，調整所述第一衰減片的位置使所述監測光路的各路激光均能通過所述第一衰減片，并將其位置固定在光路系統中，所述第一衰減片的透過率應在待監測激光系統處于非放大狀態時滿足所述CCD圖像傳感器的感光要求；(六)根據所述數據處理系統輸出的焦斑圖像數據對所述監測光學系統進行精確調整，以使...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李靜，高智星，胡鳳明，陸澤，
申請(專利權)人：中國原子能科學研究院，
類型：發明
國別省市：北京,11