光参量啁啾脉冲放大的增益稳定性研究

摘要

本论文对光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)输出的增益稳定性问题及其相关技术进行了深入研究，主要内容如下：1.综述了超短超强脉冲激光技术的进展，比较了钛宝石、钕玻璃啁啾脉冲放大(CPA)系统和OPCPA系统的各自特点。 2.建立了用于OPCPA的理论计算模型，分析了OPCPA中的相位匹配理论，总结了BBO、LBO和KDP晶体光参量放大的增益特性。 3.完成了光参量放大增益输出稳定性的理论分析和模拟计算，得出通过优化泵浦光和信号光强度，选择合适的晶体及晶体长度，使光参量放大工作在深度增益饱和状态，可以在很大程度上改善光参量放大输出稳定性的重要结论。 4.提出和优化设计了多种改善OPCPA输出稳定性的方法：首先，提出利用周期极化晶体来实现前级光参量饱和放大，理论分析可以获得105以上的饱和放大增益和大于20％的能量转换效率；其次，针对光参量放大技术中泵浦光和信号光同步抖动将严重影响光参量放大的增益输出稳定性，设计了两种可能实现零延时同步的方法；最后，针对泵浦光强度不稳定也是影响参量放大增益稳定性的一个主要因素，设计了一种利用参量放大技术整型泵浦光的新方法，并利用该技术结合SILEX-1装置前端进行了优化设计，模拟计算表明信号光经光参量放大后输出脉冲峰值抖动可控制在3％范围内。 5.设计了基于超连续谱注入产生及放大1053nm宽带飞秒脉冲光的光参量放大实验方案，该技术不仅克服了1053nm在前端小能量放大时的增益窄化现象，而且可以提供极高飞秒量级的脉冲对比度，实现了宽带800nm波长激光和宽带1053nm波长激光的零时间同步；在实验中利用超连续谱注入提高了光参量放大的能量转换效率，特别重要的是利用超连续谱注入改善了信号光的发散角和能量输出稳定性，利用两块LN晶体，获得了中心波长1053nm、最大光谱带宽65nm、最大能量4.6mJ、转换效率接近15％和能量稳定性为1.19％(RMS)的实验结果。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1超短超强脉冲激光技术的进展

1.2光参量啁啾脉冲放大技术及进展

1.3本论文的研究背景、内容及意义

第二章光参量啁啾脉冲放大的基本原理

2.1光参量放大的三波耦合理论

2.2光参量啁啾脉冲放大中的相位匹配

2.3光参量放大的非线性晶体

2.4本章小节

第三章光参量啁啾脉冲放大的增益稳定性研究

3.1小信号放大时OPA的增益稳定性

3.2饱和放大时OPA的增益稳定性

3.3时间波形和时间不同步对OPA的增益稳定性影响

3.4 OPA的参量范围

3.5本章小结

第四章高稳定光参量啁啾脉冲放大的优化设计

4.1准相位匹配光参量放大技术

4.2高精度时间同步技术

4.3泵浦光脉冲整型技术

4.4利用光参量放大优化设计SILEX-1装置前端

4.5本章小结

第五章高稳定大能量飞秒光参量放大系统设计及实验研究

5.1新型高稳定光参量放大系统方案设计

5.2光参量产生和放大的理论和实验准备

5.3光参量产生和放大的初步实验研究

5.4超连续光谱注入的OPG/OPA实验研究

5.5结论

第六章总结

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表论文情况及攻读硕士学位期间获奖情况