本發(fā)明涉及一種在慣性約束聚變研究情況下使用的提高濾波透過率的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種用在慣性約束聚變研究中對小寬帶光譜色散勻滑光束經過空間濾波器時，提高濾波透過率的方法。

背景技術：

在慣性約束聚變研究中，為了實現(xiàn)靶面均勻輻照，高功率固體激光裝置采用了小寬帶光譜色散勻滑技術，將具有一定帶寬的相位調制光束，通過色散光柵進行光譜色散，實現(xiàn)焦斑的動態(tài)掃動。

而高功率固體激光裝置中，為了實現(xiàn)像傳遞和提升光束質量，光路中會使用空間濾波器。空間濾波器可以看作一對透鏡和一個濾波小孔的組合：具體來說，第一透鏡對一小寬帶光譜色散勻滑光束進行傅里葉變換；位于第一透鏡焦平面上的濾波小孔對聚焦后的焦斑進行空間濾波，以濾除光束中的高頻部分；位于濾波小孔后的第二透鏡對濾波后的焦斑進行傅里葉逆變換，獲得濾波后的光束輸出，光束質量得到提升，但同時損耗了一定能量。

目前的濾波小孔采用圓形設計，尺寸為2a，小孔的濾波頻率為

υ_c＝a/(λf) (1)

式中，λ為激光波長，f為輸入透鏡焦距。因此，小孔尺寸不能太大，否則起不到濾波的作用，會降低后續(xù)的光束質量；小孔尺寸也不能太小，否則濾除的成分太多，能量損耗大。小孔的尺寸，一般結合激光的具體參數(shù)和光束質量需求確定，現(xiàn)有技術中，小孔尺寸的計算取決于具體激光裝置的光束質量、運行通量以及非線性最快增長頻段。對于慣性約束聚變所用的巨型激光器，小孔尺寸的選擇為d＝n*(2.44*λ*f/D)，，n為系數(shù)，一般在20-50之間，D為入射光斑口徑，當入射光斑為圓形時，D取其直徑，若入射光斑是正方形，則D取其對角線長度，f為空間濾波器第一透鏡的焦距，λ為激光波長。

當激光裝置采用了小寬帶光譜色散勻滑技術時，焦斑在一個方向會被掃開，則掃開方向的焦斑尺寸會大于未掃開方向的焦斑尺寸，焦斑接近一個橢圓形。此時，如果還是采用原來的圓形小孔，在焦斑的掃開方向上，小孔會濾除太多光場成分，能量損耗大。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優(yōu)點。

本發(fā)明還有一個目的是提供一種提高空間濾波器對小寬帶光譜色散勻滑光束透過率的方法，其能夠通過將濾波小孔配置成與焦斑的掃開方向相配合的橢圓形結構，以提高對小寬帶光譜色散勻滑光束的濾波透過率，以使其濾波透過率在原有圓形小孔的基礎上至少提高3％，具有更好的適應性和穩(wěn)定性。

為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種提高空間濾波器中濾波透過率的方法，所述空間濾波器包括一對透鏡及與其相配合的濾波小孔，包括：

第一透鏡對一小寬帶光譜色散勻滑光束進行傅里葉變換；

位于第一透鏡焦平面上的濾波小孔對聚焦后的焦斑進行空間濾波，以濾除光束中的高頻部分；

位于濾波小孔后的第二透鏡對濾波后的焦斑進行傅里葉逆變換，獲得濾波后的光束輸出；

其中，所述濾波小孔被配置與焦斑的掃開方向相配合的橢圓形結構。

優(yōu)選的是，其中，對于未加入光譜色散勻滑的窄帶光束，空間濾波器的小孔被配置為圓形結構，且直徑尺寸為2a；

其中，所述濾波小孔的短軸尺寸被配置為與小孔的直徑尺寸一致。

優(yōu)選的是，其中，所述濾波小孔的長軸尺寸被配置為：2a+Δx；

其中，2a為濾波小孔短軸的尺寸，Δx為光譜色散勻滑的參數(shù)。

優(yōu)選的是，其中，所述光譜色散勻滑的參數(shù)可通過以下方法以得到：

當在窄帶光束中加入光譜色散勻滑，其焦斑在一個方向上被掃開，掃動范圍Δx可由以下公式計算得到：

Δx＝f·Δλ·M^-1·(dθ/dλ)

其中，f為第一透鏡的焦距，M為系統(tǒng)傳輸鏈的傳輸矩陣，Δλ是光束的帶寬，dθ/dλ為色散光柵的色散系數(shù)。

本發(fā)明至少包括以下有益效果：其一，本發(fā)明通過將濾波小孔配置成與焦斑的掃開方向相配合的橢圓形結構，能夠提高對小寬帶光譜色散勻滑光束的濾波透過率，以使其濾波透過率在原有圓形小孔的基礎上至少提高3％，具有更好的適應性和穩(wěn)定性。

其二，本發(fā)明通過對橢圓濾波小孔中各軸長度的具體限定，使得其在提高能量透過率的同時，不影響濾波效果，穩(wěn)定性好更好，可控性更強，可實施效果更好。

本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一個實施例中濾波小孔的結構示意圖；

圖2為未加入光譜色散勻滑時的焦斑和圓形濾波小孔(圖中白圈)示意圖；

圖3為加入光譜色散勻滑時的焦斑分布，以及圓形濾波小孔和橢圓形濾波小孔的示意圖(圖中白圈)。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。

應當理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術語并不配出一個或多個其它元件或其組合的存在或添加。

根據(jù)本發(fā)明的一種提高空間濾波器對小寬帶光譜色散勻滑光束透過率的方法，所述空間濾波器包括一對透鏡及與其相配合的濾波小孔，包括：

第一透鏡對一小寬帶光譜色散勻滑光束進行傅里葉變換；位于第一透鏡焦平面上的濾波小孔對聚焦后的焦斑進行空間濾波，以濾除光束中的高頻部分；位于濾波小孔后的第二透鏡對濾波后的焦斑進行傅里葉逆變換，獲得濾波后的光束輸出；

其中，所述濾波小孔被配置與焦斑的掃開方向相配合的橢圓形結構。采用這種方案通過將濾波小孔配置成與焦斑的掃開方向相配合的橢圓形結構，即橢圓形濾波小孔的長軸方向與光譜色散的方向一致。能夠提高對小寬帶光譜色散勻滑光束的濾波透過率，以使其濾波透過率在原有圓形小孔的基礎上至少提高3％，具有更好的適應性和穩(wěn)定性的有利之處。并且，這種方式只是一種較佳實例的說明，但并不局限于此。在實施本發(fā)明時，可以根據(jù)使用者需求進行適當?shù)奶鎿Q和/或修改。

在另一種實例中，對于未加入光譜色散勻滑的窄帶光束，空間濾波器的小孔被配置為圓形結構，且直徑尺寸為2a；

其中，所述濾波小孔的短軸尺寸被配置為與小孔的直徑尺寸一致。如圖1所示，采用這種方案中空間濾波器的濾波小孔采用橢圓形設計，橢圓的短軸(1)長度與未加入光譜色散勻滑前的小孔尺寸保持一致，故其在短軸方向上的濾波透過率與現(xiàn)有技術的圓形小孔保持一致，具有可實施效果好，可操作性強，穩(wěn)定性好的有利之處。并且，這種方式只是一種較佳實例的說明，但并不局限于此。在實施本發(fā)明時，可以根據(jù)使用者需求進行適當?shù)奶鎿Q和/或修改。

在另一種實例中，所述濾波小孔的長軸尺寸被配置為：2a+Δx；

其中，2a為濾波小孔短軸的尺寸，Δx為光譜色散勻滑的參數(shù)。如圖1所示，采用這種方案橢圓形的長軸(2)長度由短軸的長度和光譜色散勻滑的參數(shù)共同確定，即濾波小孔長軸和短軸的尺寸差由光譜色散勻滑的參數(shù)確定，以適應不同激光及光束質量的要求，其具有可實施效果好，適應性強，穩(wěn)定性好，透過率高的有利之處。并且，這種方式只是一種較佳實例的說明，但并不局限于此。在實施本發(fā)明時，可以根據(jù)使用者需求進行適當?shù)奶鎿Q和/或修改。

在另一種實例中，所述光譜色散勻滑的參數(shù)可通過以下方法以得到：

當在窄帶光束中加入光譜色散勻滑，其焦斑在一個方向上被掃開，掃動范圍Δx可由以下公式計算得到：

Δx＝f·Δλ·M^-1·(dθ/dλ)

其中，f為空間濾波器中第一透鏡的焦距，M為系統(tǒng)傳輸鏈的傳輸矩陣，這兩個參數(shù)對固定的光路是定值；Δλ是光束的帶寬，dθ/dλ為色散光柵的色散系數(shù)。采用這種方案在焦斑的被掃開方向，相應的增大濾波小孔的尺寸為

2a+Δx (2)

則被掃開的焦斑不會出現(xiàn)卡孔，提升了透過率，具有可實施效果好，穩(wěn)定性好，透過率高的有利之處。并且，這種方式只是一種較佳實例的說明，但并不局限于此。在實施本發(fā)明時，可以根據(jù)使用者需求進行適當?shù)奶鎿Q和/或修改。

實施例：

本實施例中主激光的波長為1053nm，光束口徑為22mm，聚焦透鏡的焦距f為0.8m。

作為參考，使用圓形小孔時，尺寸2a＝13.3DL(衍射極限，Diffraction Limit，DL)，未加入光譜色散勻滑時的焦斑和圓形濾波小孔(圖中白圈)如圖2所示。

而當加入光譜色散勻滑(光束帶寬為1nm，光柵的色散系數(shù)為9.0877e5，Δx＝11DL)，使用橢圓形小孔時，短軸長度為2a＝13.3DL，長軸長度為2a+Δx＝24.3DL。圖3為加入光譜色散勻時的焦斑分布，以及圓形濾波小孔和橢圓形濾波小孔的示意圖(圖中白圈)。

計算圖3中的濾波小孔的能量透過率，使用圓形小孔時，透過率為95.1％，使用橢圓形小孔時，透過率為98.6％。計算經過濾波后，線性傳輸10cm的光束近場，圓形小孔濾波后的近場對比度為0.10，而橢圓形濾波小孔后的近場調制度為0.11。因此，橢圓濾波小孔相比于圓形濾波小孔，能量透過率得到提升，同時基本不影響濾波效果。

這里說明的設備數(shù)量和處理規(guī)模是用來簡化本發(fā)明的說明的。對本發(fā)明的提高空間濾波器對小寬帶光譜色散勻滑光束透過率的方法的應用、修改和變化對本領域的技術人員來說是顯而易見的。

盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用。它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領域。對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改。因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的圖例。