飛秒激光啁啾放大系統(tǒng)色散模擬及飛秒激光在加工LPFG和燒蝕推進中的應(yīng)用.pdf

1、近十幾年來，隨著飛秒激光器在輸出脈沖寬度，能量及重復(fù)頻率各方面性能的不斷提高，其在各個基礎(chǔ)科學(xué)研究領(lǐng)域包括物理，化學(xué)，生物，醫(yī)療及相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域中的作用和地位不斷凸顯出來。本篇論文一方面從理論上研究了飛秒激光啁啾放大系統(tǒng)(CPA)高階色散效應(yīng)對輸出脈沖電場的影響并從實驗上驗證了我們的計算結(jié)果，另一方面研究了利用飛秒激光在刻寫長周期光纖光柵(LPFG)和激光燒蝕推進領(lǐng)域中的應(yīng)用。論文的主要內(nèi)容如下。
　　 (1)我們利用在不考慮增益

2、窄化情況下飛秒激光啁啾放大系統(tǒng)近似為頻域線性系統(tǒng)的特性，采用傅里葉變換的方法，模擬了三階及四階色散對輸出脈沖電場時域分布的具體影響，并且計算了相應(yīng)的強度自相關(guān)曲線。針對所設(shè)定的脈沖寬度在15～55 fs的輸入脈沖，通過模擬我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)四階色散數(shù)值在高于三階色散兩個數(shù)量級的條件下，其對輸出脈沖的影響逐漸顯現(xiàn)出來。同時根據(jù)實驗室現(xiàn)有CPA系統(tǒng)的色散參數(shù)，我們對該系統(tǒng)各部分輸出脈沖的脈寬進行了計算，并模擬了輸出脈沖的強度自相關(guān)曲線。計算結(jié)果與實

3、驗測量有較好的一致性，這不僅驗證了我們的計算模型和方法的正確性和合理性，而且為后續(xù)激光系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化提供了可靠的理論基礎(chǔ)。
　　 (2)我們利用自行搭建的具有二維監(jiān)測功能的激光加工平臺，研究了飛秒激光直接刻制LPFG的可能性和技術(shù)特點。實時二維監(jiān)測的方法確保了飛秒激光能夠精確的聚焦到被加工光纖的纖芯中，避免了光纖包層的破壞。利用此平臺我們加工了級聯(lián)LPFG。結(jié)果表明在級聯(lián)長度遠大于光纖周期時，透射譜的損耗峰出現(xiàn)增強；而當(dāng)級聯(lián)長度

4、在光纖周期以內(nèi)時，透射譜出現(xiàn)雙損耗峰。我們還研究了不同應(yīng)力條件對刻寫光纖光柵的影響，指出了飛秒激光對纖芯材料的破壞作用會“凍結(jié)”應(yīng)力對纖芯的折射率調(diào)制。同時后曝光的實驗研究結(jié)果表明將已加工好的光纖光柵置于合適能量的飛秒激光下進行曝光，有助于增加透射譜損耗峰的深度。
　　 (3)利用實驗室自行搭建的扭秤裝置，我們研究了經(jīng)飛秒激光預(yù)先“黑化”處理后的靶材的在飛秒激光脈沖燒蝕作用下的沖量耦合系數(shù)。實驗結(jié)果表明，處理后的實驗靶材耦合系數(shù)