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惯性约束核聚变(Inertial Confinement Fusion,ICF)是实现可控热核聚变的一条途径,成为当今世界上重大的基础科研领域,对国防科技和新能源的开发有着重要的科学意义与应用价值;而在激光惯性约束核聚变研究中,快点火技术具有高增益、低点火阈值等优点,且对靶丸的辐照均匀性的要求也低于传统的中央热斑点火方案。用于快点火的激光脉冲的功率一般都达拍瓦量级(>1015w),这使得传统的透射型聚焦透镜由于非线性效应而引发的自聚焦、巨大色散、色差等因素而无法满足要求,需采用反射型聚焦系统,同时为了实现中心无遮拦聚焦,故采用离轴抛物面镜(off-axis paraboloid,OAP),它有以下优点:(1)无色散、色差,消除了光学非线性效应对超短脉冲激光宽度的影响;(2)入射光严格平行于光轴时,反射光可无球差的聚焦于焦点。
大口径、大离轴量的OAP对调整精度要求极高,在短焦距时对于角度的调整精度要求甚至达到微弧度量级,因此对OAP的聚焦特性需要进行深入量化研究。本文首先回顾总结已有文献对OAP的几何成像特性的研究成果,并尝试用k方程处理非平行入射时形成的几何焦散面。对于OAP的物理光学成像特性,采用Stratton-Chu矢量衍射方程并结合像差分析来得到。
为了提高快点火脉冲在靶丸产生的功率密度,众多国际ICF装置都引进了多路PW激光,以进行多束组合聚焦。本文将处理单块OAP物理成像特性的矢量衍射理论扩展到两块OAP组束聚焦的情况,计算分析了像斑的分裂机制,并探讨了避免光斑分裂的方法。