具有的超快時間分辨率及強(qiáng)峰值功率等優(yōu)點(diǎn)，在諸多前沿科學(xué)領(lǐng)域及交叉學(xué)科中均能發(fā)揮顯著超短激光作用。目前，世界上已有多個國家正在建設(shè)或已建成輸出功率達(dá)到數(shù)拍瓦級的強(qiáng)超短激光裝置。伴隨著聚焦技術(shù)的發(fā)展，通過合理的聚焦手段，拍瓦級激光裝置的輸出功率密度可以達(dá)到1022W/cm2.可在實(shí)驗室環(huán)境中創(chuàng)造出的物理條件，使得對光與物質(zhì)相互作用的研究范疇進(jìn)入相對論光學(xué)領(lǐng)域，極大地促進(jìn)了等離子體物理、核醫(yī)學(xué)、高能粒子加速及反物質(zhì)研究等強(qiáng)場物理研究方向的發(fā)展。

　　如何進(jìn)一步提升強(qiáng)超短激光裝置的聚焦功率密度，也成為現(xiàn)今強(qiáng)超短激光領(lǐng)域科研工作者的一大重要挑戰(zhàn)。

　　圖1 激光峰值功率隨時間的變化趨勢及在光與物質(zhì)相互作用領(lǐng)域的應(yīng)用示意圖

　　波前畸變是影響拍瓦激光系統(tǒng)聚焦性能的重要因素。由于拍瓦級激光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包含大量的反射鏡、透射鏡及其他光學(xué)器件，且光路傳輸距離較長，這些因素會引起光束波前畸變，并隨光束在激光系統(tǒng)中傳輸而惡化，最終影響系統(tǒng)的聚焦性能。

　　因此研究拍瓦激光系統(tǒng)脈沖的波前畸變的產(chǎn)生及演變規(guī)律是開展波前校正實(shí)驗的前提，對于拍瓦激光系統(tǒng)聚焦性能提升具有重要意義。

　　上海光機(jī)所強(qiáng)場激光物理國家重點(diǎn)實(shí)驗室梁曉燕研究員課題組基于上海強(qiáng)超短激光裝置(SULF)，通過在光路各重要節(jié)點(diǎn)處測量對應(yīng)的波前畸變值，對整個系統(tǒng)波前起源及演化過程進(jìn)行研究，分析得出波前畸變的產(chǎn)生原因及演化規(guī)律;同時還對系統(tǒng)中其他影響波前畸變的重要因素進(jìn)行分析討論，具體包括鏡面裝夾應(yīng)力、鈦寶石晶體以及離軸拋物面鏡調(diào)整姿態(tài)等因素對波前聚焦的影響，為SULF系統(tǒng)后期的波前校正及拍瓦激光裝置聚焦性能提升的研究奠定了基礎(chǔ)。

　　該課題組在SULF激光系統(tǒng)光路各重要節(jié)點(diǎn)處，搭建波前測量裝置，逐級測量了激光系統(tǒng)的波前，對激光系統(tǒng)的波前畸變的種類、來源、演化情況、各分系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)波前畸變局部增大的原因進(jìn)行分析。在實(shí)際系統(tǒng)中，前端光斑尺寸小，小口徑透鏡面型精度高，均保證波前畸變在可接受范圍內(nèi)(PV值<0.5μm)。隨光束通過光學(xué)器件增多，光程增大，光斑口徑增大，及大口徑鏡面面型加工誤差增大，邊緣畸變顯著提升，均導(dǎo)致系統(tǒng)波前惡化加劇。當(dāng)節(jié)點(diǎn)PV值>0.5μm后，增長速度大幅上升，增加量達(dá)到0.1μm~0.2μm，并進(jìn)一步提升至0.25μm~1μm。考慮后期的聚焦要求，在畸變較大的150mm鈦寶石放大器后安置可變形鏡進(jìn)行校正可以使系統(tǒng)的波前畸變控制在合理范圍。

　　圖2 激光系統(tǒng)內(nèi)各測量點(diǎn)的波前演變示意圖

　　同時該課題組討論了控制光學(xué)鏡面表面應(yīng)力以降低波前畸變的過程，定量測定并分析鈦寶石晶體對波前畸變的影響，證明了在一定條件下，大口徑鈦寶石晶體的面型分布可以直接體現(xiàn)在光束的波前相位分布上。整個系統(tǒng)的波前測量及對來源與演變的分析過程，對SULF 10PW激光系統(tǒng)的光路搭建及優(yōu)化、波前校正和提升聚焦功率密度具有一定參考價值。

參考文獻(xiàn)： 中國光學(xué)期刊網(wǎng) 

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