多臂迈克耳逊干涉仪激光脉冲整形系统-参数的设计

　　1　引　言

　　高功率激光系统中,对前级激光脉冲进行整形是必要的工作,针对不同的实验要求,输出不同形状的激光脉冲,可以大大提高激光脉冲能量的利用率。从原理上来说,目前纳秒级激光脉冲整形大致有以下几种手段:电光手段[1]、时空变换手段[2,3]、全光学手段[4,5]和集成光学手段[6,7]。本文从全光学手段出发,设计了一种简单而造价低廉的多臂迈克耳逊干涉仪整形系统,并从理论上计算了各反射镜元的参数,与四光路叠加系统[4]相比,调节一路光程只需调整光路中相对应的一个全反射镜元的位置即可,而四光路叠加系统中,调节一路光程则至少需要调整两个反射镜元的位置,从而节约了大量的工时。

　　2　多臂迈克耳逊干涉仪脉冲整形系统

　　图1为多臂迈克耳逊干涉仪脉冲整形系统的示意图,图中,激光器输出宽度为1.0 ns左右的初始激光脉冲,经过多臂迈克耳逊干涉仪进行叠加之后,由反射镜R8输出整形后的激光脉冲,再经过波面平滑单元和空间滤波器平滑、滤波之后,输入到下一级放大系统。为了消除脉冲经过分光元件反射后的多光点现象,R4,R5,R6,R8,R9一般不再是表面相互平行的平板,而是将其两表面设计成一个1°～2°的小角度,这样经过反射之后后表面的反射光点将会偏出系统。

　　多臂迈克耳逊干涉仪脉冲整形系统的光路和光程如下所示:

　　3　多臂迈克耳逊干涉仪脉冲整形系统参数的确定

　　激光脉冲在真空中传播时满足

　　假定初始激光脉冲为单色平面高斯包络脉冲,即

　　如果要求输出的脉冲也为平面单色脉冲,只不过其振幅包络是特定的形状,令

　　计算中我们采用为ICF打靶所设计的特殊脉冲为输出脉冲[8],并令初始脉冲的T=1.0 ns,f(t)的近似式为

　　振幅对照比为1¨2.8,峰值相对振幅为10。

　　初始激光脉冲经过多臂迈克耳逊整形系统后,得到4个分量:

　　由于波面平滑器和空间滤波器的作用,可以使等相面上振幅的分布非常均匀,从而可以略去(8)式中的相位因子exp[iω0(t-zi/c)]。

　　定义瞬时均方差函数

　　则总均方差为

　　根据ICF打靶脉冲的宽度(约为3.2 ns)和初始脉冲的宽度T=1.0 ns,可以任意选定一组zi值为

　　z1= 12.0 cm;　　z2= 36.0 cm;　　z3= 60.0 cm;　　z4= 84.0 cm

　　然后将(10)式对Ai求偏导并令其等于零得

　　式中i=1,2,3,4。将f(t)的近似表达式代入上式,利用数值方法进行积分,然后算得各分量的相对振幅为