Physics 版 (精华区)

发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Physics
标  题: 激光器优化技术（五）
发信站: 哈工大紫丁香 (Fri Apr 25 20:01:51 2003) , 转信

 

解决特定的模拟问题
　　优化技术选定以后，我们必须处理一些大型激光器所特有的问题。首先，我们发现
很多方案都可使传递到目标靶激光入口（LEH）的激光能量相同，但是其建造费用却不同
，因此，我们必须在FOM中包含进费用或将费用作为一个约束。解决这个问题的两个有效
方法为：（1）根据性能将费用约束最小化；（2）将传递到LEH的能量与其它约束的总费
用之比最大化。
　　第二个问题是寻求一种方法来包含进每一个光学元件的象差，这种象差考虑了表面
光洁度和体相延迟。解决问题的关键在于开发出一些可以采用变孔径测量结果和某些部
分元件测量结果的技术，同时以某种形式保持波前光滑度的空间分布，从而可以模拟每
个光学元件的真实象差。利用一种采用功率谱密度（PSD）函数的技术完成了这项工作，
该函数定义为相位滞后测量值的分立的傅里叶变换的平方，乘以1－D测量长度（或乘以
2D的长度和宽度）。我们将三个空间频率范围（0~0.1mm-1，0.1~1mm-1，1~10mm-1）的
测量值相结合，同时采用窗式滤波器函数（一个Hanning滤波器）来缓解有限抽样孔径效
应。这个滤光器加宽（或模糊）了空间频率结构的宽度，消除了由于抽样样品边沿的不
连续性而产生的频率。因此，所得到的PSD并不包含任何傅里叶相对相位信息，而仅仅是
一些波前误差的频谱分布。然后，我们采用给定光学元件的PSD来确定傅里叶系数的大小
，并在傅里叶区增加一个随机相位。采用傅里叶逆向变换，我们得到每个光学元件的波
前畸变，它需要一个模拟的位相前沿畸变。
　　第三个要解决的问题是激光增益和泵浦引起的畸变取决于泵浦参数（泵浦脉冲的宽
度、Nd掺杂浓度、闪光灯曝光量、闪光灯直径和闪光灯敛光率等）的选择。泵浦畸变表
现为加入到光束上的相位噪音，因为激光片吸收闪光灯曝光的非均匀性造成了对激光片
的非均匀加热，从而造成激光片变形。由于要正确计算出泵浦畸变的工作量非常大（涉
及射线跟踪和3－D热机械模拟），所以我们对每个泵浦参数的一定取值范围进行了三维
计算；通过观看表格这样一个过程，我们在优化工作中利用了这些结果。
　　第四个问题是在采用有限的横向空间格点进行计算时空间滤光器针孔硬边会产生假
环，这就会在下游光束的强度分布上产生人为的干扰。因此，我们对这些地方采用许多
点进行了高分辨率运行，并采用了LLNL开发的光滑算法。
　　第五个问题为对光学元件的损坏问题，这种损坏可能是高能量密度造成的，也可能
是丝化效应造成的，它们能否造成损坏取决于光束噪音。丝化过程是光束通过固体材料
时非线性聚焦引起强度增加造成的。对这些效应的恰当处理需要非常高的空间分辨率来
确定横向空间强度分布的峰值。如果在横向两维上必须采用许多点，这种（极高）分辨
率就会使重迭代环速度非常慢，而这又是不允许的。因此，我们的大部分计算都采用51
2个空间点的1－D编码（尽管这不足以确定丝化作用），我们采用了LLNL开发的以测量的
子束数据为基础的维象模型，评估了丝化形成的可能性及其造成光学元件损坏的可能性
。对于一般的（非丝化）光学损伤评估，我们把测得的峰值能量密度限制作为每个元件
的约束。
　　第六个模拟问题是LEH所需要的NIF激光脉冲是一个3ω脉冲，该脉冲包含一个较长距
离的低功率底部，随后为一个宽度大约为3.5ns的主脉冲。因为激光输入为1ω，且从1ω
到3ω的谐波转换取决于强度，我们必须在该转换过程中采用精确算法；我们还必须多次
重复以确保1ω脉冲产生了所需要的3ω输出脉冲。
 



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※ 来源:．哈工大紫丁香 http://bbs.hit.edu.cn [FROM: 202.118.229.86]