基本信息
- 项目名称：
- 透镜列阵单元形状对光斑特性的影响
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 用标量衍射积分理论分析了透镜列阵的单元形状对准近场光斑特性的影响，并通过数值研究计算了不同单元形状(圆形、正方形、正六边形)透镜列阵的准近场光斑包络的结果，得到了与理论计算基本符合的结果。
- 详细介绍：
- 在惯性约束聚变(ICF)实验中，要求激光对特定的靶面实现均匀辐照，理想的焦斑光强呈平顶分布，边缘陡峭。提出了多种技术用来改善靶面的均匀辐照。将透镜列阵LA置于聚焦透镜前，激光通过透镜列阵LA后被分割许多子束，经聚焦透镜会聚重叠在靶面上，各子束的衍射光斑在靶面“积分”的结果将会消除近场位相及振幅的起伏对靶面均匀辐照的影响，实现了对靶面的均匀辐照。 在靶平面上，各子束的衍射光斑完全重合，光强分布由单一子透镜单元的衍射光斑确定，光斑的形状与单一子透镜单元的形状、光波波长、透镜的焦距有关，其中子透镜的形状对靶面光强分布影响很大。本文用衍射理论分析了透镜列阵LA单元形状对靶面焦斑特性(包括焦斑的形状、大小、旋转对称性)的影响，并通过数字模拟了了不同形状(圆形、方形和六边形)列阵LA靶面的光强分布。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：惯性约束聚变(ICF)实验和激光加工等应用要求激光在靶面上形成不同特性的光斑。本文对透镜列阵单元形状对光斑特性影响进行研究，得到不同单元形状与光斑特性的关系，以满足不同应用领域对光斑特性的需求。思路：本文用衍射理论分析了透镜列阵LA单元形状对靶面焦斑特性(包括焦斑的形状、大小、旋转对称性)的影响，并通过数字模拟了了不同形状(圆形、方形和六边形)单元LA靶面的光强分布。理论与实验数据符合。
科学性、先进性及独特之处
- 本文用衍射积分理论研究透镜列阵LA单元形状对靶面焦斑特性(包括焦斑的形状、大小、旋转对称性)的影响，并通过物理光学设计软件，对不同形状(圆形、方形和六边形)单元LA靶面的光强分布进行了数字模拟。理论研究与数值计算的结果符合的很好。这对于靶面均匀照射的理论进步分析和实际应用有积极的意义。
应用价值和现实意义
- 理论分析和数值研究得知，透镜列阵元形状决定靶面焦斑的形状，激光不同应用领域对光斑特性的要求不同，本文研究了单元形状与光斑特性的关系，对实际应用具有理论指导意义。正六边形透镜列阵元的变换光斑旋转对称性最好，符合直接驭动激光聚变中对辐照光束的要求，能量利用率也较高。因此，就靶面光斑特性而言，正六边形结构的透镜列阵元的更适合用于激光聚变中的束匀化，其结果对惯性约束聚变(ICF)等实验的应用具有实际意义。
学术论文摘要
- 摘要：用标量衍射积分理论分析了透镜列阵的单元形状对准近场光斑特性的影响，并通过数值研究计算了不同单元形状(圆形、正方形、正六边形)透镜列阵的准近场光斑包络的结果，得到了与理论计算基本符合的结果。正六边形结构透镜列阵元的变换的光斑的旋转对称性最好，这符合直接驭动激光聚变中对辐照光束的要求，能量利用率也较高。因此，就靶面光斑特性而言，正六边形结构的透镜列阵元的更适合用于激光聚变中的束匀化。
获奖情况
- 已投大连民族学院学报并发表
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] 郑建洲，于清旭，卢永军. 焦斑可调的透镜阵列均匀辐照光学系统[J].中国激光，2007，34(3): 331-336. [2] 江秀娟, 周申蕾, 林尊琪. 利用二维光谱色散和透镜列阵改善靶面辐照均匀性[J] 中国激光2007, 34(11): 1533-1537.
同类课题研究水平概述
- 靶面均匀辐照是激光聚变研究中一个重要研究课题。这些问题具有相当的复杂性，是国内外专家研究的前沿性课题，现已发展的多种靶面均匀辐照技术大体上可分为空间域和时间域两大类，空间域光束匀滑化技术包括随机位相板(RPP：Random Phase Plate)、分布式位相板(DPP：Distributed Phase Plate)和透镜列阵(LA：Lens Array)等，它们不但可以提高焦斑光强分布的均匀性，还可以对焦斑的形状进行控制，满足不同类型的物理实验要求；光谱色散平滑技术(SSD：Smoothing by Spectral Dispersion )则是时间域光束匀滑化技术的典型实例，它通常和空间域平滑技术结合使用，以进一步提高焦斑的均匀性。 透镜列阵（LA）光学系统是将LA置于聚焦透镜前，激光通过LA后被分割许多子束，经聚焦透镜会聚重叠在靶面上，各子束的衍射光斑在靶面“积分”的结果将会消除近场位相及振幅的起伏对靶面均匀辐照的影响，实现了对靶面的均匀辐照。不同的实际应用，对激光在靶面的形状有不同的要求。在靶面上，各子束的衍射光斑完全重合，光强分布由单一子透镜单元的衍射光斑确定，光斑的形状与单一子透镜单元的形状、光波波长、透镜的焦距有关，其中子透镜的形状对靶面光强分布影响很大。本文用衍射理论分析了透镜列阵LA单元形状对靶面焦斑特性(包括焦斑的形状、大小、旋转对称性)的影响，并通过数字模拟了了不同形状(圆形、方形和六边形)单元LA靶面的光强分布。该工作对激光的实际应用具有重要的学术价值和实际意义。
