CN204496929U - 一种用于光束匀滑的偏振旋转板阵列 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于光束匀滑的偏振旋转板阵列，属于光束偏振控制技术领域，所述偏振旋转板阵列为方形，包括至少4个旋转单元，所述旋转单元为正方形，所述旋转单元为旋光晶体或盛有旋光液体的小池，所述旋转单元厚度不完全相同，所述旋转单元的光轴均互相平行，所述相邻的旋转单元固定连接，本实用新型适用于单束光和多束光，可用于实现高功率激光装置近场和远场的偏振调控，同时还可改善光束远场均匀性，通过调节该偏振旋转板阵列的单元排列方式，可获得所需的偏振态分布，如径向偏振光、角向偏振光、普通柱矢光束、随机偏振态分布等多种偏振态分布光束。

Description

一种用于光束匀滑的偏振旋转板阵列

技术领域

本实用新型涉及光束偏振控制技术领域，具体涉及一种用于光束匀滑的偏振旋转板阵列。

背景技术

在激光驱动惯性约束聚变研究中，物理实验要求高功率激光装置可精密控制靶面光场分布，因而广泛采用了各种相位板技术，来实现光束远场轮廓的控制。但在采用相位板(Continuous Phase Plate,CPP)后由于光束内部子束间的相干性会在靶面产生散斑结构，在打靶时导致各种参量不稳定和成丝，影响靶丸对称压缩。因此还需要采用时域匀滑和偏振匀滑等措施对非线性进行抑制。由于偏振匀滑是瞬时匀滑，对于靶响应时间非常快的过程，如强激光在等离子体中传输时产生的激光与等离子体相互作用(Laser Plasma Interaction,LPI)不稳定性的抑制将非常有益。

目前，国际上已用于高功率固体激光装置的偏振匀滑技术主要包括双折射楔板、汇聚光束中的双折射平板和组束打靶光束对角线光束偏振旋转等方法。

双折射楔板：可使两个偏振态对应的散斑偏移足够远的距离，从而使两个散斑达到最大程度的非相关。散斑的相关长度等于光斑的衍射极限，更大的距离不会显著降低散斑的对比度。美国文献《用于惯性约束聚变的偏振匀滑技术》(J.Appl.Phys.,vol.87,p.3654,2000)公开了双折射楔板用于偏振匀滑的原理和应用方式。双折射楔板主要用于单光束的偏振匀滑，可在空域整形元件(如各类相位板)基础上进一步改善靶面光场辐照均匀性，但是仍然存在由于受激拉曼散射带来的损伤。

汇聚光束中的双折射平板：美国文献《汇聚光束中的偏振匀滑》(App.Opt.,vol.43,p.6639,2004)公开了在聚焦透镜后的汇聚光束中采用双折射平板来实现偏振匀滑的原理。提出将偏振匀滑元件放在聚焦透镜后的插槽中。在汇聚光束中，双折射平板可模仿平行光束中双折射楔板的作用来实现不同偏振方向光束的角分离。但在汇聚光束中应用时要求偏振匀滑元件有更高的紫外损伤阈值。

组束打靶光束对角线光束偏振旋转：在美国国家点火装置的工程实施中，由于是四束光打靶点同一个位置，即组束打靶，采用了该种偏振匀滑技术，即在一个块(Quad)四束光中的两束上采用全口径二分之一波片将基频光旋转90°，然后让经过90°偏振旋转的光束和未经偏振旋转的光束在靶面叠加，从而降低光束的相干性，提高靶面辐照均匀性。这种技术的缺点是仅当多束光叠加时才有偏振匀滑效果，对单束光无法使用。

实用新型内容

针对现有偏振匀滑技术在单束光应用时面临的困难，为改善高功率激光装置靶面辐照均匀性，实现对焦斑偏振态的灵活调控，从而抑制LPI中各种不利的非线性过程，本实用新型提出了一种用于光束匀滑的偏振旋转板阵列。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种用于光束匀滑的偏振旋转板阵列，所述偏振旋转板阵列为正方形或长方形，包括至少4个旋转单元，所述旋转单元为正方形，所述旋转单元为旋光晶体或盛有旋光液体的小池，这些所述旋转单元厚度不完全相同，所述旋转单元的光轴均互相平行，所述相邻的旋转单元固定连接。

进一步，所述偏振旋转板阵列的口径根据入射光束的口径确定。

进一步，所述旋转单元的排列方式包括2×2、2×3、3×3、3×4、4×4、4×5、5×5。

进一步，所述旋转单元的排列方式为4×4。

本实用新型的有益效果如下:

1、根据需求设计旋转单元的排列方式，实现对光束偏振旋转角度的灵活控制，从而得到径向偏振光束、角向偏振光束、普通柱矢光束和随机偏振态分布光束等多种偏振态分布光束；

2、适用于单束或组束打靶时的偏振匀滑，也适用于其他对近场和远场偏振态有灵活调控需求的领域；

3、采用正方形的旋转单元，便于适应中心对称的入射光束，从而实现偏振分布的中心对称；

4、偏振旋转板阵列的形状和口径根据入射光束的口径和大小确定，调控灵活，节约材料。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为竖直偏振光入射时测得的偏振旋转板阵列后近场偏振态分布图；

图3为水平偏振光入射时测得的偏振旋转板阵列后近场偏振态分布图；

图4基于偏振旋转板阵列的偏振调控光路示意图；

图5中，(a)是x偏振方向的CPP焦斑，(b)是光斑中心区域的散斑细节结构；

图6中，(a)是y偏振方向的CPP焦斑，(b)是光斑中心区域的散斑细节结构。

图7中，(a)是两偏振方向叠加后的CPP焦斑，(b)是光斑中心区域的散斑细节结构。

图中：1—镜框，2—旋转单元，3—连续相位板，4—二倍频晶体，5—三倍频晶体，6—聚焦透镜。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合本实用新型的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。

实施例一：

如图1所示，一种用于光束匀滑的偏振旋转板阵列，所述偏振旋转板阵列为方形，所述偏振旋转板阵列的形状和口径根据入射激光的形状和口径确定，两者的口径相吻合，所述偏振旋转板阵列包括最外侧的镜框1和至少4个旋转单元2，所述镜框1用于固定偏振旋转单元2，所述旋转单元2为旋光晶体或盛有旋光液体的小池，所述旋转单元2为正方形，采用正方形的旋转单元，便于适应中心对称的入射光束，从而实现偏振分布的中心对称。这些所述旋转单元2厚度不完全相同，以实现对入射激光的偏振角度的改变，所述旋转单元2使入射激光偏转的角度并不局限于图1中所表示的角度，技术人员根据所需要的激光偏振类型，对所述旋转单元2进行设计，得到径向偏振光束、角向偏振光束、普通柱矢光束和随机偏振态分布光束等多种偏振分布态光束，所述旋转单元2的光轴均互相平行，所述相邻的旋转单元2通过胶粘结固定。所述旋转单元2的排列方式包括2×2、2×3、2×4、3×2、3×3、3×4、3×6、4×2、4×3、4×4、4×5、4×7、5×5、6×3，也可以为更多的旋转单元和排列方式，在此不逐一列举，所述2×3的排列方式是指偏振旋转板的长为2个旋转单元2，宽为3个旋转单元2，其他排列方式与此类似。

在本实施例中，所述偏振旋转板阵列采用正方形，旋转单元2为旋光晶体，所述旋转单元2的排列方式为4×4，旋转角度如图1所示。在不加连续相位板的情况下，按图1所示的旋转单元2排列方式设计并加工了偏振旋转板阵列。当入射激光光束为竖直线偏振光时，采用偏振分析仪进行了实验测试，结果如图2所示，得到了与设计一致的近场输出偏振态分布，为径向偏振光束。当入射激光光束为水平线偏振光时，采用偏振分析仪测得的输出偏振态分布为角向偏振光束，如图3所示，与理论预期一致。说明本实用新型的偏振旋转板阵列能够实现偏振匀滑，对入射激光的偏振状态进行精确调控。

如图4所示，采用图1所示的径向偏振型偏振旋转板阵列，入射的线偏振激光光束依次经过连续相位板3、二倍频晶体4、三倍频晶体5和聚焦透镜6后，得到的x偏振方向CPP焦斑和光斑中心区域散斑细节结构如图5所示。图6给出了采用该器件时y偏振方向的CPP焦斑和光斑中心区域的散斑细节结构。由于x和y两个偏振方向正交，光束在靶面非相干叠加，图7给出了这两个偏振态互相垂直的光束叠加后的CPP焦斑和焦斑中心区域的散斑细节结构。

为了定量反映焦斑均匀性的改善程度，采用焦斑通量对比度(Contrast)来评价，焦斑通量对比度越小表明焦斑均匀性越好：

$\mathrm{Contrast}=\sqrt{\frac{1}{\mathrm{nm}}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\frac{I(x_i,y_i)-\stackrel{\‾}{I}}{\stackrel{\‾}{I}}\right)}^2}$

式中：

I(x_i,y_i)——(x_i,y_i)位置处的光强，W/cm²；

——平均光强，W/cm²。

通过计算图5、图6中不同环围能量内的焦斑对比度，得到表1。

表1 采用4×4偏振旋转板阵列时不同环围能量焦斑对比度

由表1可见，与不加偏振旋转板阵列时的结果相比，采用径向和角向偏振旋转板阵列后焦斑均匀性均得到了明显改善。

相比2×2和3×3单元的偏振旋转板阵列，由于4×4阵列偏振旋转板阵列对近场和远场偏振态的调控方式更加丰富和多样化，因此具有更为广泛的应用前景。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种用于光束匀滑的偏振旋转板阵列，其特征在于，所述偏振旋转板阵列为方形，包括至少4个旋转单元，这些所述旋转单元为正方形，所述旋转单元为旋光晶体或盛有旋光液体的小池，所述旋转单元厚度不完全相同，所述旋转单元的光轴均互相平行，所述相邻的旋转单元固定连接。

2.根据权利要求1所述的用于光束匀滑的偏振旋转板阵列，其特征在于，所述偏振旋转板阵列的口径根据入射光束的口径确定。

3.根据权利要求1所述的用于光束匀滑的偏振旋转板阵列，其特征在于，所述旋转单元的排列方式包括2×2、2×3、3×3、3×4、4×4、4×5、5×5。

4.根据权利要求3所述的用于光束匀滑的偏振旋转板阵列，其特征在于，所述旋转单元的排列方式为4×4。