超高峰值功率激光脈沖產(chǎn)生及控制技術(shù)研究.pdf

1、本論文依托中國工程物理研究院的重大預(yù)研項目"百太瓦級超短超強脈沖激光裝置研制",主要從理論和實驗上對超高峰值功率的鈦寶石激光系統(tǒng)進行了深入細致的研究,并最終研制出國內(nèi)最高峰值功率的鈦寶石飛秒激光裝置,該裝置的某些技術(shù)指標(biāo)達到國際先進水平.主要工作包括以下幾個部分:闡述了超短超強脈沖的發(fā)展歷程、需求背景以及目前國內(nèi)外的發(fā)展概況.超短脈沖從最初的染料激光器發(fā)展到目前最常見的固體飛秒激光器,飛秒超短脈沖在過去20年內(nèi)得到了迅速發(fā)展,脈沖寬度可

2、以達到幾個飛秒以下,峰值功率可以達到PW量級,聚焦后可以獲得極高的峰值功率密度,獲得極端的物態(tài)條件.可用來研究相對論領(lǐng)域的光與物質(zhì)相互作用.系統(tǒng)描述了以鈦寶石為介質(zhì)的啁啾脈沖放大系統(tǒng)的各關(guān)鍵單元.分析了鈦寶石飛秒振蕩器的自鎖模機理,并對腔內(nèi)的色散補償進行了討論.重點對寬帶啁啾脈沖的線性放大進行了理論分析和數(shù)值模擬.通過對不同傳輸模型的總結(jié)分析,選擇了非線性薛定諤方程作為我們的計算模型.完成了脈沖光譜主動控制的理論分析和實驗研究.啁啾脈沖

3、放大系統(tǒng)中的前置高增益放大器通常為再生放大器,但是激光脈沖在再生放大器中將會產(chǎn)生強烈的增益窄化效應(yīng),使放大脈沖的光譜寬度變窄,光譜的變化將影響到壓縮脈沖的寬度.通過主動控制脈沖光譜,研究抑制再生放大器增益窄化效應(yīng)的方法,從而獲得變換極限的壓縮脈沖.利用聲光光譜可編程色散濾波器,可以實現(xiàn)對脈沖光譜振幅和位相的主動控制,盡可能削弱增益窄化效應(yīng)對光譜的影響,并最終獲得更窄的變換極限的壓縮脈寬.據(jù)悉,這是我們首先在國內(nèi)進行聲光光譜色散濾波器用于

4、CPA系統(tǒng)的光譜整形的實驗研究.對百太瓦級鈦寶石超短脈沖激光裝置進行了系統(tǒng)的實驗研究.3TW前端系統(tǒng)主要包括飛秒振蕩器及泵浦源、脈沖展寬器、再生放大器、預(yù)放大器、主放大器及脈沖壓縮器等部分.前端系統(tǒng)沒有應(yīng)用聲光光譜色散濾波器(AOPDF)時,可以獲得150mJ/50fs/3TW輸出.當(dāng)應(yīng)用AOPDF對放大過程中的增益窄化效應(yīng)及引入的附加高階色散進行適當(dāng)?shù)难a償,可以獲得30fs的壓縮脈寬,使前端系統(tǒng)的輸出峰值功率直接提高到5TW.20TW