单频激光多通放大器和SBS相位共轭镜

摘要

激光冲击强化是一种新型的材料表面处理技术,与传统的表面强化技术相比,具有非接触、无热影响区和强化效果显著等明显的技术优势,能够大幅度增强金属材料的耐久性,防止表面出现裂纹,从而提高使用寿命和降低维护修理成本。冲击强化激光器通常是由一个振荡器和一个或多个放大器组成。
　　 本论文主要针对振荡器和主放大器之间的预放大器和应用于主放大器的受激布里渊散射(SBS)相位共轭镜进行研究。
　　 预放大器要将毫焦量级的单频激光放大到百毫焦量级,采用四通放大结构。为与主放大器工作物质钕玻璃的峰值增益相匹配,采用Nd:YLF作为预放大器的工作物质。本文对多通放大进行了能流模拟,还对四通放大光路,Nd:YLF晶体和偏振元件的特性进行了分析,设计了单频激光和泵浦电脉冲的时间匹配关系。进行了双通放大实验,得到了40mJ的输出,实现20倍增益。还进行了四通放大的初步实验研究。
　　 应用于主放大器的SBS相位共轭镜要在较高的能量负载条件下实现较高的能力反射率和保真度。采用双池结构,散射介质为高击穿阈值的FC-72液体。建立一维瞬态SBS理论模型,通过时间上的差分和空间上的差商实现离散化处理。对SBS过程进行了数值模拟,讨论了Stokes光和泵浦光的能量配比、注入强度、注入时间差以及放大池长对输出波形和能量反射率的影响,为大能量短脉冲激光系统中的双池SBS相位共轭镜的实验分析和结构设计提供了理论依据。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 应用背景和研究状况

1.2 单频激光多通放大概述

1.2.1 放大器增益介质

1.2.2 放大器的结构

1.3 SBS相位共轭概述

1.3.1 光学相位共轭

1.3.2 SBS相位共轭研究状况

1.3.3 SBS介质和结构

1.4 本论文的主要研究内容

第2章 Nd:YLF多通放大器特性分析

2.1 Nd:YLF晶体特性概述

2.2 多通放大的一般理论

2.3 四通放大分析

2.4 本章小结

第3章 单频激光多通放大实验研究

3.1 单纵模种子光源

3.2 四通放大器结构

3.2.1 放大光路

3.2.2 器件介绍

3.3 电源和同步控制

3.4 多通放大实验分析

3.4.1 双通放大实验

3.4.2 四通放大实验

3.4.3 方案的改进

3.5 本章小结

第4章 SBS相位共轭的理论和数学模型

4.1 受激散射

4.2 光学相位共轭

4.3 受激布里渊散射(SBS)

4.4 SBS相位共轭理论

4.5 SBS的数学模型

4.6 SBS的数值计算模型

4.6.1 离散化处理

4.6.2 迭代算法

4.7 本章小结

第5章 SBS的数值模拟和实验装置

5.1 双池SBS相位共轭镜

5.2 SBS放大池数值模拟

5.2.1 阶梯光束的能量配比模型

5.2.2 高斯光束的能量配比模型

5.2.3 高斯脉冲的负载模型

5.2.4 高斯脉冲的时间差模型

5.2.5 放大池长问题

5.3 整体结构设计

5.3.1 系统组成

5.3.2 参数要求

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间申请的专利

致谢