1、慣性約束核聚變(Inertial confinement fusion，ICF)技術(shù)是未來獲得可靠清潔能源的方法之一，因此當(dāng)前世界上多個國家都在發(fā)展自己的ICF裝置。在傳統(tǒng)的ICF激光驅(qū)動器中，實現(xiàn)頻率轉(zhuǎn)換的非線性晶體一般用大口徑的KDP/DKDP晶體。基頻光經(jīng)倍頻晶體和和頻晶體之后，采用熔石英聚焦透鏡將紫外激光聚焦至靶面，最終實現(xiàn)激光點火。在這一過程中，熔石英透鏡易受紫外激光損傷的問題是限制ICF激光驅(qū)動器負(fù)載能力提升的一個重要因素。

2、
　　當(dāng)前ICF工程應(yīng)用中熔石英透鏡易受紫外激光輻照損傷，目前提高透鏡損傷閾值的應(yīng)對措施主要有兩種，分別是提高透鏡的熔煉加工質(zhì)量和采用激光預(yù)處理技術(shù)對透鏡進(jìn)行預(yù)處理，但兩種方法的提升幅度都有限，仍舊不能滿足工程指標(biāo)的需求。本文針對該問題提出了一個新的三倍頻構(gòu)型方案?；l激光經(jīng)倍頻晶體之后所得的倍頻光和剩余基頻激光首先經(jīng)過聚焦透鏡，三倍頻晶體放置在透鏡的聚焦光路上，使倍頻光和剩余的基頻光在光束的會聚過程中實現(xiàn)激光和頻。三倍頻過程產(chǎn)生

3、的紫外激光可以自動聚焦至靶面，進(jìn)而誘導(dǎo)核聚變反應(yīng)實現(xiàn)激光點火。相比于KDP/DKDP晶體，三倍頻晶體采用非線性系數(shù)更大、損傷閩值更高、接受角更大的LBO晶體。為滿足會聚光束入射時相位匹配條件的要求，LBO晶體采用多塊拼接的方案。如果拼接晶體的切割方向完全相同，在拼接時相互之間就必須有一定的夾角，在夾持時受力方向不同，加持難度大。因此在應(yīng)用中拼接LBO晶體之間設(shè)計成不同的切割角度。該構(gòu)型不僅能有效地規(guī)避熔石英透鏡的紫外激光輻照，提高ICF

4、系統(tǒng)中激光驅(qū)動器的負(fù)載能力，而且能突破LBO晶體的口徑受限問題，拓寬ICF實際工程應(yīng)用中的主材選擇范圍。
　　本文在理論分析的基礎(chǔ)上，對實際工程應(yīng)用中利用拼接晶體實現(xiàn)會聚光束三倍頻的方案進(jìn)行了計算模擬，并用小口徑激光進(jìn)行了原理性驗證實驗驗證了該方案的可行性。針對中等口徑的驗證實驗也進(jìn)行了計算模擬。具體內(nèi)容如下:
　　(1)對ICF激光驅(qū)動器進(jìn)行簡要介紹，國外主要以美國的國家點火裝置(National Ignition Fac

5、ility, NIF)為代表，國內(nèi)以“神光”裝置為代表。當(dāng)前的實際工程應(yīng)用中，聚焦透鏡一旦受到紫外激光輻照損傷就需要進(jìn)行更換，不僅費時費力，而且成本高。對國內(nèi)外的晶體拼接研究技術(shù)，以及利用會聚光束實現(xiàn)激光頻率轉(zhuǎn)換的研究進(jìn)展進(jìn)行簡要介紹，尤其是非臨界相位匹配技術(shù)以及非共線相位匹配技術(shù)中，對非線性晶體的接受角要求較小，光束可以實現(xiàn)先會聚再進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換，但卻需要非共線調(diào)整或溫度控制。
　　(2)對非線性光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換過程以及相位匹配技術(shù)進(jìn)

6、行了理論分析。詳細(xì)介紹了介質(zhì)的非線性極化過程、光學(xué)三波耦合過程以及單軸晶體的相位匹配技術(shù)，并討論了會聚光束在空間中的光場傳輸。對非線性光學(xué)晶體材料的性質(zhì)進(jìn)行了討論，并針對本文用到的KDP晶體和LBO晶體的性質(zhì)進(jìn)行了全面的詳細(xì)介紹。
　　(3)對ICF工程應(yīng)用中（功率密度為4 GW/cm2）的激光二倍頻和三倍頻轉(zhuǎn)換過程進(jìn)行了理論計算分析。利用龍哥庫塔法求解耦合波方程，采用Ⅰ類相位匹配的KDP晶體倍頻，Ⅱ類相位匹配的LBO晶體和頻，忽

7、略LBO晶體的非線性吸收效應(yīng)、能量損耗以及走離效應(yīng)的影響等，計算分析得到二倍頻及三倍頻的激光光強、轉(zhuǎn)換效率等理論參數(shù)。提出了利用拼接晶體實現(xiàn)會聚光三倍頻這一新構(gòu)型，對此進(jìn)行了理論計算分析并提出了晶體拼接設(shè)計方案以及拼接晶體的加持方案。
　　(4)利用光斑直徑為9 mm的小口徑光束對會聚光束三倍頻進(jìn)行了原理性驗證實驗，證實了該方案的可行性。進(jìn)行了3塊LBO晶體以及7塊LBO晶體的對比實驗，拼接LBO晶體采用不同的切割角度，以滿足大入

8、射角(36 mrad)相位匹配的要求。并且進(jìn)行了LBO晶體平行光束三倍頻以及會聚光束三倍頻的對比實驗。原理性實驗也驗證了采用拼接晶體實現(xiàn)大口徑會聚光束三倍頻的可行性。
　　(5)對下一步進(jìn)行的中等口徑會聚光束三倍頻進(jìn)行理論計算研究。結(jié)果表明，基頻激光的峰值功率越高，三倍頻轉(zhuǎn)換效率越高;LBO晶體的拼接塊數(shù)越多，三倍頻轉(zhuǎn)換效率越高，越接近平行光束入射時的轉(zhuǎn)換效率。下一步的工作中繼續(xù)進(jìn)行中等口徑會聚光束三倍頻的實驗研究，進(jìn)一步通過實驗