10 PW激光装置终端聚焦光场参数的测量与优化

Abstract

聚焦光场强度是超强超短激光与物质相互作用实验中最为核心的技术指标之一。本文提出了10 PW激光系统在真空条件下聚焦光场的参数测量方案，解决了终端物理靶场在真空环境中难以实现激光参数准确测量的难题。该方案通过平场消色差物镜和大口径光学器件优化设计，降低了取样测量系统引入的色差和单色像差。利用理想光源对取样测量系统进行标定，结果显示，该系统引入的波前畸变峰谷值（PV值）为0.106 μm，均方根值（RMS值）为0.016 μm，接近测量仪器的最小极限值，对主激光测量误差的影响可以忽略。同时，取样测量系统实现了终端变形镜与波前探测器的严格物像共轭关系，保证了自适应光学系统波前校正效果最优。通过对比空气条件和真空条件下的波前和焦斑测量结果，验证了取样测量系统的有效性。在真空条件下，利用该取样测量系统对激光脉冲进行波前、焦斑测量和优化，获得了接近衍射极限的聚焦焦斑。2.7 PW激光脉冲经焦距为2000 mm的离轴抛物面镜聚焦后，聚焦光强可达到4×1021 W/cm2，能为物理实验提供极端的物理条件。