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高功率激光驱动装置是激光聚变的重要装备,而空间滤波器则是高功率激光装置运行所需的关键器件之一。采用空间滤波器能够有效地滤除光束中快速增长的中高空间频率,避免由此造成的小尺度自聚焦现象,提高输出光束的近场质量,保护激光系统中的光学器件不被局部过高的光强损伤,同时也承担着像传递和光束口径匹配等功能。虽然空间滤波器能够有效提高光束近场质量,但其使用也衍生出了其它一些问题,包括等离子体堵孔效应、空气击穿和镜面的粒子污染等。为避免上述情况的发生,空间滤波器往往需要被放置在高真空环境中以防止空气击穿,组成空间滤波器的透镜焦距也往往很大以降低远场强度延迟堵孔时间,这就大大增加了高功率激光装置的规模和辅助真空设备的投入以及维护,并降低了系统应用的便利性。针对目前空间滤波器所存在的这些问题,本论文应用新型的狭缝型空间滤波器来取代高功率激光驱动装置中传统的针孔型空间滤波器。相比针孔型空间滤波器,狭缝型空间滤波器中的远场强度降低了两到三个数量级,能够在不影响输出光束质量的情况下大大缩短滤波器长度并降低滤波器所需的环境真空度,从而为建造紧凑型、高可靠性的激光驱动装置提供可能。同时本论文也利用狭缝滤波器进行了高功率激光驱动装置的主光路设计,为下一代激光驱动装置设计提供新的思路。本论文主要取得了以下研究进展和结果:1.提出了“交叉”四镜结构和“柱-球-柱”三镜结构等两种狭缝型空间滤波器。对包括美国利弗莫尔国家实验室提出的“四柱透镜”结构和两镜滤波结构在内的四种狭缝滤波器进行了结构、功能和性能等方面的对比,认为“柱-球-柱”结构和两镜滤波结构可应用于聚变激光装置中,并具有激光装置规模小和更好抑制等离子体堵孔效应等优点;2.结合瑞利-索末菲衍射积分、透镜变换公式和多高斯平顶光束,对“柱-球-柱”结构和两镜滤波结构中的光束传输过程进行分析,从理论上解决了狭缝滤波器像传递功能不明确的问题,并引入了系统前焦面和系统后焦面的概念,扩展了对像传递系统的认识。通过理论计算、模拟仿真和实验研究验证了“柱-球-柱”结构和两镜滤波结构的空间滤波、像传递和口径匹配等主要功能,与传统的针孔滤波器取得了一致结果。针对两镜滤波结构的输出光束形变问题,模拟研究了两镜滤波结构输出光束的尺寸变化对输出频谱的影响,获得了输出光束尺寸与输出频谱之间的变化规律并进行了实验验证;3.采用“柱-球-柱”结构和两镜滤波结构对美国国家点火装置(NIF)中的传输空间滤波器进行了仿真模拟,在保证装置性能的基础上,狭缝滤波器可以有效降低装置的规模和抑制等离子体堵孔效应,从而提高装置的可使用性和可靠性。仿真结果表明:采用“柱-球-柱”结构可以使NIF中的传输空间滤波器整体长度从原来的60m缩短到28m,远场峰值强度和狭缝光阑上所受辐照强度可以降低约3个数量级,在一定程度上可以有效避免堵孔效应,滤波器所需的环境真空度要求可放宽一个数量级;此外,截止频率可以从原来的39倍衍射极限降低到30倍以获得更好的输出光束质量,或者提高到42倍以增加能量透过率。采用两镜滤波结构可以将传输空间滤波器的总长度缩短到39m,同时将光束的远场强度降低约两个数量级,此外两镜滤波结构更加简单,更有可能应用在现有激光装置上;4.应用狭缝滤波器,开展了NIF装置主光路的概念设计研究,采用单脉冲放大光路设计和双脉冲放大光路设计等方法,在保证输出光束质量和能量不变的条件下,获得了规模更小和造价更低的新型激光装置主光路方案,为今后建造大型高功率激光系统提供了一个新的设计思路。设计结果表明:采用单脉冲放大光路设计可以将光路总长度从NIF装置中传输空间滤波器的约180m降至约100m。