百焦耳激光器及高能高功率受激布里淵散射相位共軛研究.pdf

1、受激布里淵散射（SBS）技術(shù)在高能高功率激光器中有著很為廣闊的應(yīng)用前景。在雙程或多程放大器中，利用SBS相位共軛技術(shù)可以實(shí)時補(bǔ)償激光放大器和放大光路中的動態(tài)和靜態(tài)波前畸變，從而改善高能高功率激光器的輸出光束質(zhì)量。在以往的研究中，SBS相位共軛鏡的注入能量相對較低，無法滿足大型的高能高功率激光系統(tǒng)的應(yīng)用要求。本文對高能高功率的受激布里淵散射相位共軛特性進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，并為高能高功率激光系統(tǒng)中應(yīng)用SBS相位共軛鏡提出了設(shè)計(jì)方法。

2、>　　本論文主要分為三大部分：百焦耳級高能高功率激光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建設(shè)；高能高功率SBS相位共軛特性的研究；高能高功率SBS相位共軛鏡的設(shè)計(jì)方法。
　　百焦耳級磷酸鹽釹玻璃高功率激光系統(tǒng)是為高能高功率大口徑的受激布里淵散射相位共軛實(shí)驗(yàn)而研制的大型激光系統(tǒng)。本文詳細(xì)論述了這套輸出能量在100J量級的高能高功率激光系統(tǒng)的研制過程，仔細(xì)設(shè)計(jì)了4f像傳遞空間濾波器。對整個裝置的放大增益進(jìn)行了理論模擬，使用兩個雙程釹玻璃放大器和一個助推放大器

3、，在脈沖寬度為20ns時得到了平均能量為105.6J的輸出，能量輸出穩(wěn)定性為6％；在脈沖寬度為1ns時得到了大于10J的能量輸出。輸出激光光束的時間波形光滑，近場光斑強(qiáng)度分布均勻，遠(yuǎn)場發(fā)散角為0.7mrad。
　　高能高功率SBS相位共軛特性的研究分為理論和實(shí)驗(yàn)兩部分。理論研究是從受激布里淵散射過程的泵浦場、斯托克斯場和聲子場相互作用的耦合波方程組出發(fā)，在時間上采用隱式有限差分法，在空間上采用后向差分法，對耦合波方程組離散化，對高

4、能高功率泵浦時，單池和雙池兩種受激布里淵散射相位共軛鏡結(jié)構(gòu)的能量反射率、相位共軛保真度和時間波形隨結(jié)構(gòu)參數(shù)和介質(zhì)參數(shù)的變化規(guī)律進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到了這些參量之間的變化規(guī)律，為實(shí)驗(yàn)分析和高能高功率SBS相位共軛鏡結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。實(shí)驗(yàn)研究了單池結(jié)構(gòu)和雙池結(jié)構(gòu)大口徑高能高功率的SBS相位共軛特性，在單池時，研究了泵浦能量對能量反射率和遠(yuǎn)場相位共軛保真度及其穩(wěn)定性的影響；在雙池時，研究了放大抽運(yùn)光和種子抽運(yùn)光的能量比對雙池能量提取效率

5、和相位共軛保真度的影響。
　　高能高功率SBS相位共軛鏡比低能量的共軛鏡結(jié)構(gòu)要復(fù)雜。本論文根據(jù)理論和實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果，提出了高能高功率SBS相位共軛鏡的設(shè)計(jì)方法。SBS相位共軛鏡包括共軛鏡幾何結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、SBS介質(zhì)池的設(shè)計(jì)、SBS介質(zhì)的選取等。在文中針對高能高功率激光系統(tǒng)中SBS相位共軛鏡的使用要求，提出了一種可以用于雙程激光放大的相位共軛鏡結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的獨(dú)立雙池結(jié)構(gòu)具有更高的效率，并且，使用這種結(jié)構(gòu)可以同時進(jìn)行相位共軛和脈