CN211426954U - 用于光束偏振匀滑的系统 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
技术领域
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
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。
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(stimulatedraman 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(Birefringence wedge，BW)方案与偏振控制板(Polarizationcontrol 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。
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
为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，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。
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。
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。
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：
将经过连续相位板(continuous 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。
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。
附图说明
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：
图1是本公开实施例提供的用于光束偏振匀滑的系统的结构示意图；
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；
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；
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；
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；
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；
图7是本公开实施例提供的光束偏振匀滑效果图；
图8是本公开实施例提供的另一光束偏振匀滑效果图；
图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
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。
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。
为了便于理解，下面对本申请中涉及的概念进行介绍。
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。
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 crystal，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。
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。
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。
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(Root 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。
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 aboveintensity，FOPAI)曲线对比图。图中的FOPAI曲线均有明显的下降。
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(Powerspectral density，PSD)曲线对比图。图中的PSD在全空间频域都有所降低。
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。
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L＝∑li，其中，li为单个晶体的长度。
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的空间分离。其中，两种垂直偏振态在空间内分离在Δxf/2附近，即，扩散的圆环半径R0≈Δxf/2。
在一些实施例中，双轴晶体的入射端面与光轴方向垂直。
在一些实施例中，双轴晶体为KGW晶体。
在一些实施例中，KGW晶体的第一主轴折射率ng＝2.086，第二主轴折射率nm＝2.013，第三主轴折射率np＝2.045。
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。
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λ＝351nm，束腰半径ω0＝1mm，级联双轴晶体组中晶体数为2，晶体间矢量夹角α＝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。
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λ＝351nm，束腰半径ω0＝1mm，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fc＝0.5m的聚焦透镜，晶体间矢量夹角为α。如图9所示，前述入射光束经过CPP，级联双轴晶体组中晶体之间的矢量夹角α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α的增加，先下降后上升。
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。
Claims (6)
1.一种用于光束偏振匀滑的系统，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L＝∑li，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ng＝2.086，第二主轴折射率nm＝2.013，第三主轴折射率np＝2.045。
Priority Applications (1)
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| CN202020356735.9U CN211426954U (zh) | 2020-03-19 | 2020-03-19 | 用于光束偏振匀滑的系统 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202020356735.9U CN211426954U (zh) | 2020-03-19 | 2020-03-19 | 用于光束偏振匀滑的系统 |
Publications (1)
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Country Status (1)
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| CN (1) | CN211426954U (zh) |
Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN111221135A (zh) * | 2020-03-19 | 2020-06-02 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 用于光束偏振匀滑的系统和方法 |
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2020
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Cited By (2)
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| CN111221135A (zh) * | 2020-03-19 | 2020-06-02 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 用于光束偏振匀滑的系统和方法 |
| CN111221135B (zh) * | 2020-03-19 | 2024-04-12 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 用于光束偏振匀滑的系统和方法 |
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