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自二十世紀八十年代中期以來得到了飛速地發(fā)展，世界科技大國已相繼建立了數(shù)臺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之一。本論文依托于中國工程物理研究院激光聚變研究中心研制的SILEX-Ⅰ超強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：壓縮脈沖質量和聚焦光束質量，而展開研究工作的。 論文采用數(shù)值模擬為主要技術手段，結合實驗研究，探討光譜增益窄化補償以及色散控制方

2、面的若干問題，同時對高功率超短脈沖的遠場描述方法以及大口徑離軸拋物鏡聚焦的時空耦合特性進行了研究。論文主要工作包括以下幾個部分： 1、闡述了超強超短脈沖的需求背景以及發(fā)展現(xiàn)狀，分析了超強超短脈沖激光光束控制中的科學技術問題，如光束空間質量控制、光束時間質量控制、光譜增益窄化補償以及色散控制等問題，同時對相應的控制方法進行了較為詳細的調研分析。 2、概括性地介紹了中國工程物理研究院激光聚變研究中心研制的SILEX-Ⅰ超強超

3、短脈沖鈦寶石激光裝置，并對其中涉及的一些科學問題和關鍵技術，如增益窄化、光束脈沖質量、光束空間質量、啁啾脈沖的傳輸放大技術、大口徑晶體橫向ASE、光柵壓縮的時空耦合、超短脈沖聚焦等進行了分析和討論。 3、研究分析了可編程聲光色散濾波器在SILEX-Ⅰ超強超短脈沖激光裝置中實現(xiàn)光譜整形與控制的成功應用，對其工作原理、光譜補償調制函數(shù)的設計以及實驗結果進行了闡述和討論。設計了一種與高功率超短脈沖激光放大過程中獲得的總增益、增益介質的

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

5、縮脈沖的脈寬和信噪比。通過對前人工作的不足之處進行分析和改進，重新推導了更為完善的各階色散解析式。通過解析方法和光線追跡的方法，以實現(xiàn)高功率超短脈沖激光系統(tǒng)的優(yōu)化設計為目的，更加系統(tǒng)、完善地對兩類比較常用的展寬壓縮系統(tǒng)的各階色散進行了理論研究與分析，得到了一些可供參考的有價值的結論。 5.研究分析了初始啁啾以及展寬器高階色散對展寬脈沖的影響，并指出了展寬器壓縮器在二階色散完全補償?shù)那闆r下，要補償高階色散二者入射角之間需要滿足的關

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壓縮脈沖的影響，對系統(tǒng)優(yōu)化情況以及色散補償研究進行了詳細的分析和討論，指出混合補償法能夠獲得比單純補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。進行了SILEX-Ⅰ激光裝置脈沖壓縮的實驗研究，創(chuàng)建了時空監(jiān)測光柵精確調整法，獲得了最佳的壓縮脈沖以及聚焦光斑。 6.以隨機統(tǒng)計和數(shù)值模擬為研究工具，對高功率超短脈沖激光的遠場描述方法進行了分析研究