高功率超短脈沖鈦寶石激光光束控制研究.pdf

1、高功率超短脈沖激光技術(shù)自二十世紀(jì)八十年代中期以來(lái)得到了飛速地發(fā)展，世界科技大國(guó)已相繼建立了數(shù)臺(tái)大型的高功率超短脈沖鈦寶石激光裝置，提高靶面峰值功率密度始終是追求的目標(biāo)之一。本論文依托于中國(guó)工程物理研究院激光聚變研究中心研制的SILEX-Ⅰ超強(qiáng)超短脈沖鈦寶石激光裝置，為解決影響靶面功率密度的兩大主要因素：壓縮脈沖質(zhì)量和聚焦光束質(zhì)量，而展開(kāi)研究工作的。 論文采用數(shù)值模擬為主要技術(shù)手段，結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究，探討光譜增益窄化補(bǔ)償以及色散控制方

2、面的若干問(wèn)題，同時(shí)對(duì)高功率超短脈沖的遠(yuǎn)場(chǎng)描述方法以及大口徑離軸拋物鏡聚焦的時(shí)空耦合特性進(jìn)行了研究。論文主要工作包括以下幾個(gè)部分： 1、闡述了超強(qiáng)超短脈沖的需求背景以及發(fā)展現(xiàn)狀，分析了超強(qiáng)超短脈沖激光光束控制中的科學(xué)技術(shù)問(wèn)題，如光束空間質(zhì)量控制、光束時(shí)間質(zhì)量控制、光譜增益窄化補(bǔ)償以及色散控制等問(wèn)題，同時(shí)對(duì)相應(yīng)的控制方法進(jìn)行了較為詳細(xì)的調(diào)研分析。 2、概括性地介紹了中國(guó)工程物理研究院激光聚變研究中心研制的SILEX-Ⅰ超強(qiáng)超

3、短脈沖鈦寶石激光裝置，并對(duì)其中涉及的一些科學(xué)問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)，如增益窄化、光束脈沖質(zhì)量、光束空間質(zhì)量、啁啾脈沖的傳輸放大技術(shù)、大口徑晶體橫向ASE、光柵壓縮的時(shí)空耦合、超短脈沖聚焦等進(jìn)行了分析和討論。 3、研究分析了可編程聲光色散濾波器在SILEX-Ⅰ超強(qiáng)超短脈沖激光裝置中實(shí)現(xiàn)光譜整形與控制的成功應(yīng)用，對(duì)其工作原理、光譜補(bǔ)償調(diào)制函數(shù)的設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了闡述和討論。設(shè)計(jì)了一種與高功率超短脈沖激光放大過(guò)程中獲得的總增益、增益介質(zhì)的

4、帶寬、激光帶寬、脈沖中心波長(zhǎng)等參數(shù)相關(guān)的光譜調(diào)制函數(shù)，通過(guò)將放大前的注入脈沖進(jìn)行調(diào)制，可以很好地補(bǔ)償放大過(guò)程中的增益窄化。并利用聲光光譜可編程色散濾波器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)脈沖光譜振幅和位相的主動(dòng)控制，削弱了增益窄化效應(yīng)對(duì)光譜的影響，并最終獲得更窄的變換極限的壓縮脈寬。 4、較為系統(tǒng)地、詳細(xì)地對(duì)展寬壓縮系統(tǒng)的各階色散特性進(jìn)行了理論研究。在啁啾脈沖放大激光系統(tǒng)中，展寬器和壓縮器是非常關(guān)鍵的單元技術(shù)，其色散的大小和匹配程度最終將決定整個(gè)系統(tǒng)壓

5、縮脈沖的脈寬和信噪比。通過(guò)對(duì)前人工作的不足之處進(jìn)行分析和改進(jìn)，重新推導(dǎo)了更為完善的各階色散解析式。通過(guò)解析方法和光線追跡的方法，以實(shí)現(xiàn)高功率超短脈沖激光系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)為目的，更加系統(tǒng)、完善地對(duì)兩類比較常用的展寬壓縮系統(tǒng)的各階色散進(jìn)行了理論研究與分析，得到了一些可供參考的有價(jià)值的結(jié)論。 5.研究分析了初始啁啾以及展寬器高階色散對(duì)展寬脈沖的影響，并指出了展寬器壓縮器在二階色散完全補(bǔ)償?shù)那闆r下，要補(bǔ)償高階色散二者入射角之間需要滿足的關(guān)

6、系。研究分析了啁啾脈沖放大系統(tǒng)中展寬壓縮系統(tǒng)在不同條件、不同匹配方式下的剩余色散對(duì)壓縮脈沖的影響，對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化情況以及色散補(bǔ)償研究進(jìn)行了詳細(xì)的分析和討論，指出混合補(bǔ)償法能夠獲得比單純補(bǔ)償某些階次的高階色散更接近傅里葉變換極限的超短脈沖。進(jìn)行了SILEX-Ⅰ激光裝置脈沖壓縮的實(shí)驗(yàn)研究，創(chuàng)建了時(shí)空監(jiān)測(cè)光柵精確調(diào)整法，獲得了最佳的壓縮脈沖以及聚焦光斑。 6.以隨機(jī)統(tǒng)計(jì)和數(shù)值模擬為研究工具，對(duì)高功率超短脈沖激光的遠(yuǎn)場(chǎng)描述方法進(jìn)行了分析研究