Устройство для фазового преобразования структуры лазерного пучка

 

Использование: в области лазерной техники , например, в многоканальных установках для лазерного термоядерного синтеза. Сущность изобретения: устройство содержит оптически прозрачную подложку, одна из поверхностей которой выполнена в виде двумерной фазовой решетки, и оптически прозрачную пластину. Образованная между ними емкость заполнена прозрачной для лазерного излучения жидкостью t ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю G 02 В 27/44. 27/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР, " I 7 3 2

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (! 1 1(r, Ц (21) 4789013/10 (22) 08;02.90 (46) 15,07.92. Бюл. N. 26 (71) Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова (72) В.Г. Бородин, С,В. Красов и В.Н. Чернов (53) 535.853.31(088.8) (56) Патент США N 4521075, кл. 359-162.11, опублик. 1985, Phys. Rev, Lett., ч. 53, ¹ 11, 1984, р, 1057 — 1060, Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано, например, в многоканальных установках для лазерногЬ термоядерного синтеза (ЛТС).

Известно устройство для фазового преобразования структуры лазерного пучка, включающее ряд последовательно установленных оптически прозрачных пластин уменьшающегося диаметра, каждая из которых вносит в соответствующий участок лазерного пучка фаэовую задержку, величина задержки больше времени когерентности пучка. Волновой фронт пучка разбивается при этом на зоны, некогерентные одна относительно другой.

Однако при фокусировке сформированного таким образом лазерного пучка огибающая распределения интенсивности описывается кривой, отвечающей дифракции на отдельной зоне, и следовательно, однозначно заданной формы. Это не позволяет получать различные формы распреде„„Я2„„1748127 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФАЗОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ЛАЗЕРНОГО

ПУЧ КА (57) Использование: в области лазерной техники, например, в многоканальных установках для лазерного термоядерного синтеза.

Сущность изобретения: устройство содер. жит оптически прозрачную подложку, одна из поверхностей которой выполнена в виде двумерной фазовой решетки, и оптически прозрачную пластину. Образованная между ними емкость заполнена прозрачной для лазерного излучения жидкостью. Й ил, ления интенсивности и тем самым снижается качество преобразования пучка.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для фазового преобразования структуры лазерного пучка, включающее оптически прозрачную подложку, одна иэ поверхностей которой разделена на зоны с различной фазовой задержкой, имеющей случайную величину, меньшую времени когерентности пучка, Единый волновой фронт лазерного пучка при этом разбивается на отдельные когерентные один относительно другого участки, Однако при фокусировке сформированного таким образом лазерного пучка вследствие суммирования большого числа волн со случайной фаэовой задержкой реализуется распределение интенсивности, огибающая которого отвечает кривой дифракции на отдельной зоне неоднородности и имеет однозначно заданную форму. Это не позволяет изменять форму огибающей распределения

1748127 интенсивности, что снижает качество преобразования структуры лазерного пучка.

Целью изобретения является повышение качества преобразования структуры лазерного пучка путем управления огибающей распределения интенсивности.

Указанйая цель достигается тем, что в йзвестном устройстве для фазового преобразоваййя струк1урй лазерного пучка, включающем оптически прозрачную подложку. одна из поверхностей которой разделена на зоны с различной фазовой задержкой, зоны выполнены с фиксированной высотой, расположены периодически в виде двумерной фаэовой решетки, со стороны решетки установлена дополнительная оптически, прозрачная пластина, а образованная между ними емкость заполнена прозрачной для лазерного излучения жидкостью и выполнена с воэможностью замены этой жидкости на жидкость с другим показателем преломления.

На фиг. 1 и 2 изображен фазовый преобразователь.

На фигурах приняты следующие обозначения: оптически прозрачная подложка 1; вертикальные штрихи 2 фаэовойрешетки; горизонтальные штрихи 3 фаэовой решетки; дополнительная оптически прозрачная пластина 4; прокладка 5; жидкость 6; отверстие 7 для заполнения жидкостью; манжета

8.

Устройство работает следующим образом.

На плоскую подложку 1. изготовленную из оптически прозрачного материала, например стекла или кварца, нанесены вертикальные 2 и горизонтальные 3 штрихи одинаковой высоты иэ оптически прозрачного материала с показателем преломления пшт, например, кварца. Зоны неоднородности в этом случае есть области пересечения штрихов. Угол между вертикальными и горизонтальными штрихами составляет 90 .

Штрихи наносят, например, методом напыления кварца через щелевую маску. При

"этом под высотой штриха h следует понимать толщину напыленного слоя, Высоту штриха решетки выбирают иэ условия подавления аберраций преобразуемого пучка и обеспечения максимального диапазона изменения формы огибающей распределения интенсивности при измене нии п р, Выбор ширины штриха решетки осуществляют исходя иэ условия равенства диаметра облучаемой площади мишени и кружка рассеяния, образованного при дифракции излучения-на размере ширины штриха решеткй. Для того, чтобы размеры кружка рассеяния от отдельных зон неоднородности были равны, период решетки выбирают вдвое большим ширины штриха.

Дополнительная пластина 4 изготовлена из оптически прозрачного материала, например стекла или кварца, и с помощью манжеты 8 образует с подложкой 1 герметичную емкость. B исходном состоянии допреломления п<р. Для приведения в рабочее состояние дополнительная пластина 4 поджимается к подложке 1 через прокладку 5, лишняя жидкость при этом удаляется через отверстие 7.

Жидкость выбирают следующим образом, Пучок непрерывного лазера пропускают через фазовый преобразователь и затем фокусируют объективом. В плоскости уста20 новки мишени регистрируют распределение интенсивности в зависимости от п р.

Оптимальное для данных условий эксперимента распределение интенсивности определяют заранее расчетным путем.

Сравнивая полученные экспериментальные результаты с расчетными, определяют опти-. мальный состав жидкости.

Выполнение эон неоднородности одинаковой высоты h и расположение их пери30 одически обеспечивает необходимые и достаточные условия для управления формой огибающей, поскольку распределение интенсивности в сфокусированном пучке, преобразованном такой пластиной, зависит от величины

35 п — п р пср

Варьируя пср путем замены жидкости на жидкость с другим показателем преломле40 ния, реализуют различные распределения интенсивности в преобразованном лазерном пучке.

Таким образом; такой признак как фиксированная высота эон неоднородности и расположение их периодически в виде двумерной фаэовой решетки в сочетании с совокупностью известных признаков позволяет получить качественно новый эффект

50 Пример. На предприятии изготовлен ряд комплектов из шести фазовых преобразователей для проведения экспериментов по сферическому облучению 6-пучковым мощным лазером на неодимовом стекле (il;—

=1,06 мкм) сферических микромишеней, заполненных термоядерным горючим (смесь газов дейтерия и тритйя под давлением=ЯО атм).

Диаметр мишеней составляет 110 мкм. Параметры одного из комплектов фазовых преобволнительная пластина отжата от подложки

1 и через отверстие 7 в манжете 8 емкость.

10 заполняется жидкостью 6 с показателем

1748127

1 раэователей были выбраны следующими: световой диаметр 120 мм; ширина штриха 4 мм; период решетки 8 мм; высота штриха

8,8 мкм. Оптически прозрачная подложка и дополнительная оптически прозрачная пла- 5 стина одинаковой толщиной 15 мм изготовлены из стекла К8. 8 качестве прокладки использовалась алюминиевая фольга толщиной 15 мкм. Распределение интенсивности в плоскости установки мишени, 10 наиболее близкое к расчетному распределе нию интенсивности, получено при использовании в качестве жидкости этилового спирта (ncp = 1,36).

Проведенные эксперименты покаэыва- 15 ют, что использование предлагаемого устройства для фазового преобразования структуры лазерного пучка обеспечивает повышение степени сжатия. мишеней в среднем в 4 — 6 раз и повышение нейтрон- 20 ного выхода в 2 раза, что указывает на улучшение условий, необходимых для протекания термоядерных реакций. Иэ этого можно сделать вывод о существенном

25 повышении однородности облучения мишеней. Использование фазовых преобразователей позволяет также повысить воспроизводимость результатов экспериментов.

Формула изобретения

Устройство для фазового преобразования структуры лазерного пучка, включающее оптически прозрачную подложку. одна из поверхностей которой разделена на зоны с различной фаэовой задержкой.о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения качества преобразования за счет обеспечения возможности управления огибающей распределения интенсивности, эоны выполнены с фиксированной высотой, расположены йериодически в виде двумерной фазовой решетки, со стороны решетки установлена дополнительная оптическй прозрачная пластина, а образованная между ними емкость заполнена прозрачной для лазерного излучения жидкостью и вйполнена с возможностью замены этой жидкости на жидкость с другим показателем преломления.

1748127

Составитель В,Бородин

Техред М, Моргентал Корректор Л.Филь

Редактор С.Лисина

Производственно-издательскйй комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина. 101

Заказ 2504 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5