自適應(yīng)超短脈沖放大技術(shù)與激光二極管線陣整形耦合技術(shù)研究.pdf

1、基于雙包層摻雜光纖的高能超短脈沖激光系統(tǒng)損耗小、閾值低、效率高,易實(shí)現(xiàn)小巧、緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在國(guó)防、軍事和工業(yè)加工等領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用。如何進(jìn)一步提高脈沖能量及功率是當(dāng)前超短脈沖放大技術(shù)的研究重點(diǎn)。本論文對(duì)啁啾脈沖放大(CPA)技術(shù)與自適應(yīng)脈沖整形技術(shù)結(jié)合實(shí)現(xiàn)超短脈沖的功率放大,以及光纖激光系統(tǒng)泵浦技術(shù)——激光二極管線陣的光束整形與耦合技術(shù)進(jìn)行了深入的理論與實(shí)驗(yàn)研究,獲得的主要?jiǎng)?chuàng)新成果如下:
　　 1.建立了一個(gè)基于雙包層摻

2、鐿光纖放大器的自適應(yīng)脈沖整形CPA系統(tǒng)模型,利用該模型,首次對(duì)CPA系統(tǒng)及放大器內(nèi)自相位調(diào)制等超短脈沖功率放大的限制因素進(jìn)行了分別補(bǔ)償,并分析了補(bǔ)償過(guò)程中自適應(yīng)脈沖整形的作用機(jī)理。首次對(duì)比了相位整形、幅度整形及二者同時(shí)整形對(duì)輸出脈沖功率提高的不同效果,理論上證明了幅度與相位同時(shí)調(diào)制的整形方式更有利于系統(tǒng)獲得高質(zhì)量、高能量的超短激光脈沖輸出,分析了不同優(yōu)化參數(shù)對(duì)補(bǔ)償效果的影響,研究結(jié)果對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的建立和調(diào)試具有指導(dǎo)意義。
　　 2

3、.在理論分析的指導(dǎo)下,參與搭建和調(diào)試了一個(gè)自適應(yīng)控制的CPA實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)引入自適應(yīng)脈沖幅度和相位同時(shí)整形實(shí)現(xiàn)了高功率超短激光脈沖輸出,輸出脈沖的平均功率高達(dá)12.6W,重復(fù)頻率50MHz,脈沖寬度～170fs;系統(tǒng)將為智能中紅外波段脈沖產(chǎn)生器提供激光脈沖源,整形后脈沖經(jīng)光參量過(guò)程頻率轉(zhuǎn)換至中紅外(mid-infrared:MIR)波長(zhǎng),產(chǎn)生可以自適應(yīng)控制形狀與特性參數(shù)的MIR超短脈沖,可用于分子的相干控制實(shí)驗(yàn)。
　　 3.建

4、立了激光二極管線陣的非序列光學(xué)模型,并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種通過(guò)均衡線陣快慢軸方向光束參數(shù)積來(lái)提高光束質(zhì)量的整形方案。該方法利用微型反射鏡和平行六面體棱鏡對(duì)光束進(jìn)行準(zhǔn)直、分割及重排,消除各發(fā)光區(qū)之間不發(fā)光間隔的影響,得到占空比為1的輸出光束。整形后光束能量集中,亮度明顯提高,經(jīng)球透鏡聚焦后更易與光纖耦合。
　　 4.提出了一種成本低廉、操作簡(jiǎn)單,材料與技術(shù)成熟、易于推廣的微透鏡制作方法,并用此方法制成了分別用于激光二極管線陣快、慢

5、軸光束準(zhǔn)直的透鏡。研究結(jié)果表明,準(zhǔn)直后光束消除了發(fā)光區(qū)間不發(fā)光間隔的影響,在水平和豎直方向上的光強(qiáng)度重新分布,光束質(zhì)量和亮度得到大幅度的提高。
　　 5.提出了兩種制作直徑漸變型石英錐體的方法,拉絲法與氫氟酸腐蝕法;通過(guò)分析它們的動(dòng)態(tài)過(guò)程,得出了各自的錐體直徑隨長(zhǎng)度變化的關(guān)系曲線,與實(shí)測(cè)結(jié)果一致性較好。研究結(jié)果表明,腐蝕法制作的石英錐體與激光二極管線陣的耦合效率較高,可達(dá)76％。因此,利用其對(duì)光束的分束聚焦功能,可以實(shí)現(xiàn)激光二極