线聚焦型空间滤波器的光束传输物理问题研究

With the development of laser technology, it is growing quickly on the high field physics, laser-Wakefield acceleration, laboratory astrophysics and laser fusion, etc., in which the laser fusion is mostly the main resource of next generation of energy. High power laser system is important equipment for laser fusion, and some problems exist in present high power lasers and restrict the further development of laser fusion, such as huge scale, pinhole closure, etc. This project introduces and proposes some kinds of slit spatial filters which can significantly decrease the focal intensity and ease the pinhole closure and decrease laser size. The research contents include: the experimental demonstration for the three-lens slit spatial filter; the analyzing on the practical using of the three-lens slit spatial filter in high power lasers; a simplified slit spatial filter with two lenses will be proposed, and the beam propagation characteristics of the two-lens slit spatial filter will be studied with theory, numerical simulation and experiment; the off-axis multi-pass structure the two-lens slit spatial filter in practical high power laser will be analyzed.

激光技术的发展使得强场物理、激光等离子体加速、实验室天体物理和激光核聚变等方面的发展越来越快，其中激光核聚变很可能是人类下一代的主要能量来源，而高功率激光驱动装置则是激光核聚变的重要装备，目前的高功率激光驱动装置存在着规模庞大和等离子体堵孔效应等一系列问题，制约了激光核聚变的进一步发展。本项目引入及提出多种线聚焦型空间滤波器，能够大幅度降低滤波器中的远场强度，从而有效地降低等离子体堵孔的可能性并大大减小激光驱动装置的规模。具体研究内容包括：对引入的三镜型线聚焦滤波器的主要功能进行原理性实验验证；根据结构特点，开展线聚焦滤波技术（三镜型）在高功率激光装置中的应用结构设计分析；提出更简化的两镜型线聚焦滤波器，并开展光束传输特性的理论模拟和原理性实验研究；新型线聚焦滤波技术（两镜型）在高功率激光装置中的离轴多程放大结构设计研究。

高功率激光驱动装置是激光受控核聚变的重要装备。本项目围绕激光受控核聚变技术中所存在的装置规模庞大和等离子体堵孔效应等问题展开了大量而较深入的研究工作，通过引入以及提出多种线聚焦空间滤波器，将传统的点聚焦分解成一维线聚焦，大幅度地降低了滤波器中的远场强度，能够有效降低甚至避免高功率激光装置中出现等离子体堵孔的可能性，也因此可以大幅减小激光驱动装置的规模。在原有的工作基础上，本项目实验验证了三镜型线聚焦滤波器的像传递和空间滤波等主要功能，并进一步开展了高功率条件下三镜型线聚焦滤波技术在离轴四程放大情况下的实际应用设计分析。鉴于三镜滤波结构（包含5个光学器件）相比传统的针孔滤波器（包含3个光学器件）的结构要复杂，本项目进一步提出了一种更为简单的两镜型线聚焦滤波结构（包含4个光学器件），开展了两镜结构中光束传输特性的理论研究、数值模拟以及实验验证，并对此新型滤波技术在高功率激光装置中离轴四程放大情况下的实际应用进行了分析。在本基金的资助下，本项目在Optics Letters和Optics Communications等期刊上共发表科研SCI论文4篇以及中文核心论文1篇，另有2篇英文文章在审，按计划完成了本基金项目的预期目标。