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超强激光科学卓越创新简报

(第八百二十一期)

2026年9月11日

上海光机所在高功率激光装置B积分测量方面取得进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室研究团队，针对高功率激光装置的B积分测量难点，提出一种基于离轴像差的B积分测量方法并开展了研究。相关成果以“Off-axis aberration-based B-integral measurement method for a high-power laser facility”为题发表在High Power Laser Science and Engineering上。

惯性约束聚变以及其他高能量密度科学研究对高功率激光驱动器的输出能量和功率提出了极高的要求，而强激光的非线性相位调制效应会引起光场中的中高频调制迅速增长，造成波前畸变和近场调制，导致光束质量下降，增加光学元件损伤风险。B积分作为激光在传输过程中通过非线性效应积累的附加相位，是评估装置是否安全运行的重要参数。因此准确测量激光系统的B积分，明确装置安全运行下的最大输出能力，对于强激光装置的设计、安全运行以及性能提升都具有重要意义。

针对激光装置的B积分测量，美国的国家点火装置NIF采用的是反高斯型强度调制的注入光束，通过检测放大后的输出光束的轴上像差来评估B积分相位调制。由于激光放大器的瞬态像差含有大量的离焦成分，再叠加热透镜效应，这些因素会干扰B积分的测量结果，使得测量值与理论值存在15%~20%的偏差，难以满足精密诊断需求。

为解决上述问题，研究人员提出了一种基于离轴像差的新型空间分辨B积分测量技术。通过数值计算和实验发现，彗差分量在激光系统的总体像差成分中占比较小且保持稳定，而且在离散Zernike多项式中，彗差项保持了良好的正交性，不受其他像差的耦合影响，可以准确地提取出来。因此，在原理验证实验中选择了彗差形式的近场强度调制方案。

在SG-II装置损伤测试平台进行的实验结果表明，B积分的测量值与理论值的偏差为5.8%，显著优于传统的反高斯调制的轴上像差测量方案。该方法无需修改激光装置，具备单次测量能力，测量结果的准确性和重复性较好，为高功率激光系统中的非线性相位调制诊断提供了切实可行的技术方案。

在后续工作中，该方法还将进一步优化，有望实现对SGII激光系统B积分的运行监测。

相关研究得到了中国科学院战略先导科技专项（XDA25020303）支持。

原文链接

图1 彗差调制下的光束特性分析：(a) 背景扣除前的原始波前分布；(b) 背景扣除后的波前分布；(c) 从(b)中提取的彗差分量；(d)远场焦斑

图2 (a) 彗差调制和 (b) 反高斯调制下的强度-相位结果

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