大能量高功率啁啾脉冲传输特性研究

摘要

本论文针对高功率超短脉冲系统中放大自发辐射效应对钛宝石介质储能特性的影响以及啁啾脉冲的线性、非线性传输和放大特性等问题开展研究工作。取得的主要研究结果包括：一、采用速率方程和二维光线追迹，对放大介质内放大自发辐射(ASE)的时间特性以及ASE对放大介质的储能分布的影响进行了计算分析，计算中考虑了不同辐射线型对储能的影响，研究了ASE对不同厚度的增益介质的储能分布的影响，提出了抑制钛宝石放大器ASE的措施，并对SILEX-I超强超短脉冲激光系统中主放大器的储能进行了模拟计算。二、利用非线性薛定谔方程，对啁啾脉冲在传输和放大过程中的增益窄化、增益饱和、色散、自相位调制等效应进行了模拟计算和分析，计算分析了啁啾脉冲在放大自发辐射影响下的传输特性。三、采用非线性薛定谔方程并结合速率方程，对啁啾脉冲的多程放大问题进行了研究，编制了模块化的计算模拟程序。针对SILEX-I系统的3TW前端系统和100TW主放大器进行了模拟计算，并与实验结果进行比较分析。四、提出了单程和多程放大的逆算算法，开展啁啾脉冲激光单程、多程放大逆问题的研究。对3TW系统进行了逆算模拟和实验研究。在此基础上，通过模拟声光可编程色散滤波器(AOPDF)对输入脉冲光谱的整形来计算输出脉冲的形状，并与实验结果做了对比分析。五、分析了时空不稳定性理论。将准离散Hankel变换(QDHF)算法应用到求解非线性薛定谔方程的分步法中，并对其进行了误差分析，验证了其可行性。六、采用非线性薛定谔方程，对啁啾脉冲的全光束自聚焦和小尺度自聚焦进行了模拟计算和分析，并与飞秒脉冲的结果进行了比较。

目录

文摘

英文文摘

第一章引言

§1.1超短脉冲的发展历程

§1.1.1超短脉冲发展所经历的阶段

§1.1.2激光锁模技术及钛宝石激光器的发展

§1.1.3啁啾脉冲放大(CPA)技术

§1.2高功率超短超强脉冲激光装置的发展

§1.2.1高功率超短超强脉冲发展的主要牵引

§1.2.2高功率超短超强脉冲激光装置的发展现状

§1.3啁啾脉冲传输特性的研究现状

§1.4本论文的研究意义及主要研究内容

§1.4.1本论文的研究意义

§1.4.2本论文的主要研究内容

参考文献

第二章掺钛蓝宝石放大器中放大自发辐射效应的研究

§2.1计算模型

§2.1.1一维速率方程组模型

§2.1.2多维光线追迹模型

§2.2自发辐射线型

§2.3数值模拟结果

§2.3.1 ASE脉冲建立时间与反转粒子数的关系

§2.3.2二维模型中ASE对储能的影响

§2.3.3 SILEX-I主放大器储能模拟

§2.4本章小结

参考文献

第三章宽频带啁啾脉冲传输放大特性的研究

§3.1宽带啁啾脉冲传输的数值计算模型

§3.2本文的计算模型及算法

§3.2.1计算模型

§3.2.2分步傅里叶变换法

§3.2.3计算模型数值结果的校核

§3.3啁啾脉冲传输放大中典型效应的数值分析

§3.3.1啁啾脉冲的增益窄化效应

§3.3.2啁啾脉冲的增益饱和效应

§3.3.3啁啾脉冲的色散效应

§3.3.4自相位调制效应

§3.4啁啾脉冲传输放大的模拟计算

§3.4.1考虑ASE的啁啾脉冲单程放大的计算模拟

§3.4.2啁啾脉冲的多程放大

§3.4.3空间滤波器对啁啾脉冲光束质量的影响

§3.5啁啾脉冲传输放大的模拟与实验研究

§3.5.1 3TW系统计算模拟与实验研究

§3.5.2 SILEX-I主放大器计算模拟

§3.6本章小结

参考文献

第四章啁啾脉冲在放大介质传输中的逆问题研究

§4.1逆问题的数值算法

§4.2啁啾脉冲传输特性的逆算模拟

§4.2.1考虑ASE的啁啾脉冲单程放大的逆算

§4.2.2啁啾脉冲多程放大的逆算

§4.3啁啾脉冲整形模拟及实验结果

§4.3.1声光可编程色散滤波器(AOPDF)整形原理

§4.3.2啁啾脉冲逆问题理论模拟及实验研究

§4.4本章小结

参考文献

第五章宽带啁啾脉冲的非线性特性研究

§5.1基础理论

§5.1.1时空不稳定性理论

§5.1.2修正非线性薛定谔方程

§5.1.3准离散Hankel变换(QDHT)

§5.2超短脉冲和啁啾高斯脉冲的全光束自聚焦

§5.3啁啾高斯脉冲的小尺度自聚焦

§5.4本章小结

参考文献

第六章总结

致谢

附录Ⅰ 攻读博士学位期间发表文章以及获奖情况

附录Ⅱ 独创性声明及学位论文版权使用授权书