大型高功率激光系統(tǒng)主要用來(lái)研究一些高溫、高壓、強(qiáng)輻射等瞬態(tài)極端條件下的物理過(guò)程，其中激光慣性約束聚變研究是相關(guān)應(yīng)用的典型代表。高功率準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)在激光波長(zhǎng)、靶面光強(qiáng)分布均勻性、系統(tǒng)可重復(fù)頻率運(yùn)行上較固體激光系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，是目前開(kāi)展直接驅(qū)動(dòng)慣性約束聚變研究的主要驅(qū)動(dòng)器，典型系統(tǒng)如美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室的Nike裝置口 。

　　像傳遞技術(shù)在高功率準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　自由運(yùn)轉(zhuǎn)的準(zhǔn)分子激光是寬帶輸出，準(zhǔn)分子激光放大器的氣體工作介質(zhì)與低飽和能量密度使得激光放大過(guò)程中的非線(xiàn)性效應(yīng)很小，是高功率準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)能夠使用像傳遞技術(shù)獲得均勻靶面光強(qiáng)分布的主要原因。像傳遞技術(shù)包含照明光學(xué)系統(tǒng)和成像光學(xué)系統(tǒng)兩個(gè)部分。盡管打靶光學(xué)系統(tǒng)也包含在成像光學(xué)系統(tǒng)中，但為了單獨(dú)討論打靶光學(xué)系統(tǒng)的特點(diǎn)，這里只討論照明光學(xué)系統(tǒng)和像在各級(jí)激光放大器中傳遞的過(guò)程。

　　一 照明方式與光束整形

　　在任何一個(gè)對(duì)成像質(zhì)量有明確要求的光學(xué)系統(tǒng)中，從阿貝成像理論可知，照明對(duì)系統(tǒng)的成像特性有非常重要的影響，必須將照明系統(tǒng)和成像光學(xué)系統(tǒng)一起考慮才能設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足要求的系統(tǒng)，這通常包含兩個(gè)方面的含義：一是光源相對(duì)于聚光器的位置，即照明方式的選擇；二是光源本身的性質(zhì)，即光源的尺寸和相干性等，可以用光學(xué)不變量來(lái)衡量其總體性質(zhì)。兩種經(jīng)常采用的照明方式是科勒照明和臨界照明。由于要考慮各級(jí)激光放大器作為多束激光共同的孔徑光闌，均采用科勒照明方式。為了保證光強(qiáng)的線(xiàn)性傳輸，一般要求光學(xué)系統(tǒng)的部分相干因子遠(yuǎn)大1。 即等效光源的尺寸為無(wú)限大，空間相干性很小。

　　一般光學(xué)儀器的設(shè)計(jì)不考慮光源相干性對(duì)成像質(zhì)量的影響。但是與普通的自然光源不同，雖然準(zhǔn)分子激光模式數(shù)很多，仍具有很強(qiáng)的空問(wèn)相干性，這使得準(zhǔn)確計(jì)算像面的光強(qiáng)分布變得復(fù)雜，通常的做法是對(duì)準(zhǔn)分子激光光源進(jìn)行必要的光束形工作。美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室采用自由運(yùn)轉(zhuǎn)激光器輻照散射體，如同電影屏幕的作用，來(lái)獲得寬帶的空間非相干光源，并采用科勒照明來(lái)消除散射體光強(qiáng)不均勻的影響 。這種方法的缺點(diǎn)在于激光器的能量利用效率太低，從散射體輸出的照明光能量在nJ量級(jí)，因此Ni—ke裝置用7臺(tái)放電泵浦的預(yù)放大器來(lái)獲得足夠的信號(hào)光能量。為了提高激光振蕩器的能量利用效率，完全可以采用其它的光束整形方法，如利用透鏡陣列和柱狀波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，下圖給出了一種用在光刻機(jī)照明的準(zhǔn)分子激光光束整形光路：激光束經(jīng)過(guò)鍍有增透膜的隨機(jī)相位板后耦合到光導(dǎo)管中進(jìn)一步勻化，光導(dǎo)管的出口作為次級(jí)光源使用。實(shí)際上，即使是使用科勒照明方式，幾乎沒(méi)有不對(duì)光源的光強(qiáng)分布進(jìn)行勻化而直接使用的。

二 像傳遞過(guò)程中對(duì)成像質(zhì)量的控制

　　作為高功率激光系統(tǒng)主體的各級(jí)放大器是和像傳遞技術(shù)聯(lián)系在一起的，這些經(jīng)過(guò)各級(jí)放大器的光源或者物面的中間像面也是進(jìn)行成像質(zhì)量控制的關(guān)鍵位置。在各級(jí)放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行逐級(jí)放大的過(guò)程中，必須采取必要的措施對(duì)鬼像、雜散光和放大器的自發(fā)輻射進(jìn)行控制，以保持像面良好的信號(hào)對(duì)比度。在大型固體激光系統(tǒng)中，各級(jí)放大器之間都用開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行隔離，防止光路中反/散射的信號(hào)光逆向放大，產(chǎn)生不必要的能量損失和可能引起的元件破壞；在打靶光學(xué)元件前有倍頻元件來(lái)提高信號(hào)對(duì)比度；而鬼像的影響也主要限制在放大光路中。但是在大型高功率準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)中，由于直接工作在深紫外波段的大口徑開(kāi)關(guān)很少，各級(jí)放大器之間的隔離主要靠平行放置各級(jí)放大器，拉開(kāi)彼此的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種放大器布局對(duì)自發(fā)輻射放大(ASE)的控制有一定作用，但是對(duì)于雜散光和鬼像必須采取另外的措施。

　　與通常的成像光學(xué)系統(tǒng)一樣，各級(jí)放大器的自發(fā)輻射、雜散光和鬼像主要通過(guò)光闌來(lái)控制。因此在設(shè)計(jì)中要使得各級(jí)放大器后盡可能有實(shí)像存在，可以設(shè)置視場(chǎng)光闌來(lái)同時(shí)控制雜散光和鬼像的強(qiáng)度。由于各級(jí)放大器之間沒(méi)有隔離開(kāi)關(guān)，各級(jí)放大器本身就是“光源”，需要設(shè)置合適的擋板來(lái)控制其自發(fā)輻射和雜散光。