大型高功率激光装置设计与研制

《科学专著》系列丛书序

序

前言

**篇神光Ⅱ高功率激光系统

第1章神光Ⅱ高功率激光综合平台目的和用途3

§1．1引言3

§1．2国内外高功率激光发展现状7

§1．3神光Ⅱ平台建造的目的和用途8

§1．4神光Ⅱ高功率激光平台建造年鉴9

参考文献11

第2章神光Ⅱ平台组成及功能介绍13

§2．1神光Ⅱ平台组成的功能13

§2．2神光Ⅱ平台组成的指标13

§2．3神光Ⅱ平台的协调运行模式18

参考文献19

第3章神光Ⅱ平台的物理成果20

§3．1ICF实验研究20

§3．2等离子体物理27

§3．3实验室天体物理29

§3．4高功率激光技术进展39

§3．5中韩合作49

§3．6NLF项目49

参考文献50

第二篇神光Ⅱ单元技术

第4章神光Ⅱ多功能注入分系统55

§4．1注入分系统的功能和总述55

§4．2国外前端预放系统进展56

4．2．1国外前端系统进展56

4．2．2国外预放系统进展58

§4．3神光Ⅱ装置前端预放系统的发展历程62

4．3．1**代前端预放系统62

4．3．2第二代前端预放系统63

4．3．3神光Ⅱ装置前端预放系统63

§4．4神光Ⅱ装置前端系统功能和技术指标65

4．4．1神光Ⅱ装置前端系统功能概述65

4．4．2神光Ⅱ装置前端系统主要技术指标66

4．4．3神光Ⅱ装置前端系统工作模式66

§4．5神光Ⅱ装置前端系统总体技术方案和核心技术问题67

4．5．1神光Ⅱ装置前端系统总体技术方案67

4．5．2前端系统核心技术问题71

§4．6神光Ⅱ装置前端系统关键技术76

4．6．1神光Ⅱ装置前端纳秒脉冲整形组件76

4．6．2短脉冲选单与长短脉冲同步控制组件90

4．6．3钕玻璃再生放大器93

4．6．4神光Ⅱ装置注入系统信噪比分析96

4．6．5空间强度分布控制组件104

4．6．6OPCPA泵浦组件110

§4．7总结115

参考文献115

第5章神光Ⅱ高功率激光放大系统119

§5．1放大系统的功能和总述119

§5．2放大系统的组成与设计122

5．2．1棒状放大器设计122

5．2．2片状放大器设计127

5．2．3空间滤波器及像传递138

5．2．4冷却系统设计144

5．2．5能源系统设计156

§5．3关键技术166

5．3．1大口径光束隔离技术166

5．3．2光束控制——焦斑匀滑技术174

5．3．3全系统仿真181

§5．4总结与展望202

参考文献203

第6章神光Ⅱ高功率激光靶场技术207

§6．1靶场系统概述207

§6．2靶场系统的功能与组成209

6．2．1靶场系统功能209

6．2．2靶场系统组成210

§6．3靶场系统的单元组件212

6．3．1光束导引组件212

6．3．2反射镜架及其支撑结构218

6．3．3终端光学组件220

6．3．4真空靶室组件231

6．3．5靶定位瞄准组件234

§6．4关键技术241

6．4．1杂散光控制技术241

6．4．2高效谐波转换技术242

6．4．3多束束靶耦合技术244

6．4．4高通量终端光学组件技术247

6．4．5酸洗匀滑去除亚表面缺陷技术250

§6．5总结与展望260

参考文献261

第7章激光参数测量与光束控制263

§7．1概述263

§7．2激光参数测量266

7．2．1常用激光参数与测量方法266

7．2．2功能与组成279

7．2．3发展历程280

7．2．4国内外发展现状283

7．2．5驱动器升级装置激光参数测量288

7．2．6关键技术330

7．2．7总结与展望333

§7．3光束自动准直338

7．3．1基本原理338

7．3．2组成单元339

7．3．3国内外研究进展343

7．3．4神光发展历程353

7．3．5主要关键技术358

7．3．6总结与展望362

§7．4自适应光学波前364

7．4．1综述364

7．4．2自适应光学在激光驱动器上的发展364

7．4．3组成单元367

7．4．4波前系统设计377

7．4．5总结与展望400

§7．5集总控制400

7．5．1基本概念401

7．5．2国内外研究发展现状401

7．5．3功能与组成405

7．5．4集总控制系统现状408

7．5．5关键技术414

7．5．6总结与展望415

参考文献416

第8章神光系统工程工艺支撑技术422

§8.1概述422

§8.2装置总体结构设计关键技术423

8.2.1稳定性424

8.2.2洁净控制426

8.2.3波面控制441

8.2.4集成分析446

§8.3装置关键单元设计463

8.3.1预放系统设计463

8.3.2主放系统设计468

8.3.3靶场系统设计480

8.3.4拍瓦系统设计482

8.3.5参数测控系统设计490

§8.4通用系统设计494

§8.5安装集成技术496

8.5.1基准体系建立496

8.5.2单元组件的定位安装与测量499

8.5.3小结502

§8.6光学元件精密加工工艺502

8.6.1平面光学元件加工工艺503

8.6.2非球面光学元件加工工艺504

8.6.3大尺寸KDP晶体加工工艺507

§8.7协同设计与工程管理511

参考文献515

第三篇高功率激光技术

第9章超短脉冲激光原理与技术519

§9.1引言519

§9.2超短脉冲激光基本原理524

9.2.1超短脉冲激光在介质中的传输524

9.2.2光栅对与压缩器526

9.2.3展宽器原理与设计528

9.2.4介质色散分析与波形计算536

9.2.5光参量啁啾脉冲放大理论541

§9.3高功率超短脉冲激光关键技术554

9.3.1大口径光栅554

9.3.2大口径非线性晶体554

9.3.3基于DKDP晶体的OPCPA示例557

9.3.4信噪比提升技术559

§9.4总结与展望567

参考文献567

第10章神光Ⅱ皮秒拍瓦激光570

§10.1概述570

§10.2神光Ⅱ皮秒拍瓦激光的总体与功能572

10.2.1设计参数572

10.2.2系统设计边界576

§10.3神光Ⅱ皮秒拍瓦激光单元设计580

10.3.1展宽器设计580

10.3.2放大器系统584

10.3.3脉冲压缩系统587

10.3.4自适应光学系统591

10.3.5激光聚焦系统595

10.3.6皮秒参数测量系统600

§10.4关键技术618

10.4.1OPCPA技术618

10.4.2宽带光谱整形技术622

10.4.3光栅拼接技术625

§10.5总结与展望630

参考文献631第11章神光Ⅱ飞秒拍瓦激光633

§11.1引言633

§11.2神光Ⅱ飞秒拍瓦激光的总体与功能634

11.2.1总体设计634

11.2.2性能与参数636

§11.3飞秒拍瓦激光单元设计647

11.3.1前端设计647

11.3.2放大器系统设计654

11.3.3压缩器设计666

11.3.4靶室和聚焦单元设计668

11.3.5激光参数测量单元设计669

11.3.6相关单元设计677

§11.4关键技术688

11.4.1皮秒域放大技术688

11.4.2色差控制技术691

11.4.3等离子体镜技术694

§11.5总结与展望706

参考文献707

第12章光学元件检测技术710

§12.1概述710

§12.2激光光学元件技术参数与技术标准711

12.2.1激光光学元件技术参数与技术标准711

12.2.2美国NIF 激光驱动器光学元件相关技术指标演变719

12.2.3NIF光学元件供货状况简介724

12.2.4神光Ⅱ升级光学元件的一般技术要求与技术规范724

§12.3光学元件的检验流程727

§12.4激光光学元件常用检测仪器与检测方法728

§12.5干涉仪测量激光光学元件面形与波面误差733

12.5.1激光光学元件对光学元件波面误差的技术要求733

12.5.2干涉仪的基本原理734

12.5.3干涉仪测量光学元件面形与波面误差的方法737

12.5.4案例764

参考文献771

第13章新型光场测量技术及应用774

§13.1高功率激光驱动器光场在线测量概述774

§13.2测量原理782

13.2.1PIE成像技术782

13.2.2相干调制成像技术787

13.2.3编码分束成像技术789

13.2.4核心理论体系795

§13.3新型光场测量技术的应用801

13.3.1核心测量设备801

13.3.2高功率激光光束在线诊断803

13.3.3波前动静态测量809

13.3.4光学元件检测812

§13.4总结与展望815

参考文献815

第14章溶胶凝胶化学膜818

§14.1概述818

14.1.1溶胶凝胶技术原理818

14.1.2溶胶凝胶技术特点821

14.1.3溶胶凝胶技术的应用822

14.1.4溶胶凝胶技术制备薄膜822

14.1.5溶胶凝胶技术制备薄膜特点823

14.1.6溶胶凝胶薄膜制备方法824

14.1.7溶胶凝胶法制备薄膜的应用827

14.1.8溶胶凝胶法在高功率激光器中的应用829

§14.2光学玻璃元件多孔SiO2减反膜833

14.2.1涂膜悬胶体833

14.2.2多孔SiO2减反膜光学性质834

14.2.3多孔SiO2减反膜稳定性835

§14.3激光倍频器磷酸二氢钾（KDP）晶体防潮膜减反膜837

14.3.1涂膜工艺控制838

14.3.2膜层性能838

14.3.3方形基片旋涂法涂SiO2疏水减反膜840

§14.4掺钕磷酸盐激光玻璃聚二甲基二乙氧基硅烷（DMDEOS）防潮膜844

§14.5主放大器隔板玻璃宽带减反膜硬膜846

14.5.1TiO2／SiO2宽带减反膜846

14.5.2隔板玻璃超宽带减反膜848

§14.6溶胶凝胶法制备ZrO2／SiO2双层减反膜852

14.6.1以有机锆醇盐为前驱体制备ZrO2薄膜852

14.6.2ZrO2PVP膜层激光损伤性能研究858

14.6.3ZrO2／SiO2双层减反膜859

§14.7总结与展望862

参考文献863

索引869

后记877