基于啁啾反轉和拼接光柵的激光脈沖高效壓縮技術研究.pdf

1、高能、高功率激光技術的發(fā)展使人們能夠在實驗室內創(chuàng)造出前所未有的極端物態(tài)條件，為諸多領域（如天體物理、材料科學、激光核聚變、高能量密度物理等）的研究工作提供了無與倫比的手段;另一方面，眾多前沿科學領域的持續(xù)發(fā)展也不斷地對激光的輸出能量和峰值功率提出新需求，對其品質的要求也越來越高。當前高能、高功率激光技術面臨的幾大主要任務有:極高的輸出能量及功率、極高的聚焦功率密度、極高的信噪比。
　　目前在短脈沖激光技術領域實現(xiàn)高能量、高功率輸出

2、的主要手段是采用啁啾脈沖放大(CPA)技術，其基本工作模式是:“正色散展寬——能量放大——負色散壓縮”。提供正色散的展寬器往往需要使用大口徑透鏡或大口徑凹面鏡，這些元件不僅加工困難、成本高，色差及像差的控制及裝調精度要求都很高，在元件面形及調整精度滿足不了要求時往往會使輸出光束質量變差，影響最終的聚焦功率密度，而且，這些元件的有限通光口徑往往還會成為限制系統(tǒng)帶通的主要因素。
　　另外，在目前的高能短脈沖激光裝置中，限制裝置輸出能力

3、的瓶頸是壓縮光柵的損傷閾值，采用拼接的辦法擴大光柵口徑是提高系統(tǒng)輸出能力的重要途徑。但是，要保證拼接好的光柵能夠等效地替代單塊大光柵，拼接精度要求很高，環(huán)境振動對焦斑形態(tài)的影響往往很嚴重，拼接誤差的實時監(jiān)測及穩(wěn)定性控制一直以來就是這一技術領域的難題，目前發(fā)展起來的一些監(jiān)測及控制方法通常比較復雜、不利于實施，發(fā)展簡捷的拼接誤差控制方法既具有戰(zhàn)略意義也具有實用價值。
　　如何應對前述的挑戰(zhàn)、找到一些可行的方法和措施解決其中的難點問題，

4、正是本論文研究的主要任務。
　　論文的主要內容及創(chuàng)新點如下:
　　(1)提出了一種展寬壓縮僅用/共用光柵對的“CRAC”工作模式，并對其進行了原理性的實驗驗證。實驗表明利用該工作模式簡化展寬器結構、甚至“免去”單獨的展寬器在原理上是可行的。
　　(2)通過仿真計算，比較分析了傳統(tǒng)工作模式與“CRAC”工作模式下系統(tǒng)輸出能力及輸出脈沖特性的異同。分析表明，與傳統(tǒng)的工作模式相比，在共用光柵對的“CRAC”工作模式下，由于展

5、寬壓縮過程中的譜透過率能實現(xiàn)高度匹配，在一定程度上可以提高放大能量的利用效率，另外，由于該工作模式下可以增加全系統(tǒng)的截止帶通，為信噪比的提高提供了必要條件。
　　(3)分析了一般的CPA系統(tǒng)中采用拼接光柵壓縮器時拼接誤差對壓縮后脈沖時空特性的影響，提出了“拼接誤差等位相制約關系”，并將其應用于雙光柵雙程全拼接光柵壓縮器的誤差實時監(jiān)控。
　　(4)提出了基于“CRAC”工作模式、“啁啾反轉結合近場反轉降低拼接誤差影響、提高聚焦

6、穩(wěn)定性”的新方案。理論分析表明，針對影響最大、最不易監(jiān)測和控制的光柵拼接平移錯位誤差（Piston誤差），該方案的實施使這種誤差的影響能自動消除/降低，不需要對其進行特殊的控制便能顯著提高聚焦穩(wěn)定性、提高最終可獲得的聚焦功率密度。
　　論文分析了影響高能超強短脈沖激光輸出能力及輸出性能的一些因素，提出了針對短脈沖激光系統(tǒng)的一種新的工作模式，取得了一些理論及實驗上的探索性成果，更重要的是，論文為當前高峰值功率激光技術中存在的一些難點