高功率激光非線性過程中的光束質(zhì)量與傳遞特征.pdf

1、隨著固體激光材料的廣泛應(yīng)用和克爾透鏡鎖模技術(shù)的成熟,超快光學(xué)技術(shù)獲得了長足的發(fā)展。針對大型釹玻璃激光裝置的需求牽引,本文著重研究了高功率激光非線性過程中光束質(zhì)量與特性的傳遞過程,涉及1μm波長光經(jīng)三次諧波轉(zhuǎn)換后獲得的紫外激光束空間光束質(zhì)量及其在空氣中傳輸時的拉曼散射效應(yīng);通過分析光參量放大過程中的位相轉(zhuǎn)移機制,提出采用走離補償方式來消除泵浦光不良相位的影響,重建信號光的相位,獲得空間光束質(zhì)量良好的信號光束。這些研究工作是根據(jù)實驗中遇到的

2、各情況,從理論上闡釋其產(chǎn)生機制;反過來,得到的理論結(jié)果對于實驗也有一定的指導(dǎo)意義。
　　 本文分以下部分進行論述:
　　 第一章,概述非線性光學(xué)的發(fā)展及現(xiàn)狀,并著重介紹超快光學(xué)發(fā)展的重要技術(shù)和超快激光頻率轉(zhuǎn)換的主要方式。
　　 激光的發(fā)明開啟了非線性光學(xué)領(lǐng)域研究的大門,而其在此后的近半個世紀的長足發(fā)展又得益于一些關(guān)鍵技術(shù),包括:可靠易用的鎖模超短脈沖激光振蕩器的出現(xiàn),其代表是克爾透鏡鎖模的鈦寶石激光器;光參量啁啾

3、脈沖放大(OPCPA)技術(shù),極大的解決了超快激光放大所面臨的激光介質(zhì)非線性破壞的可能性;實用的超快激光診斷技術(shù),主要是時間和頻率分辨的光學(xué)自相關(guān)技術(shù)等。在此基礎(chǔ)上,新的非線性光學(xué)晶體的引入,使得依靠非線性光學(xué)手段特別是光參量放大技術(shù)實現(xiàn)頻率調(diào)諧得到很大的發(fā)展,可獲得更高功率超短脈沖,有望實現(xiàn)激光驅(qū)動的受控核聚變,從而獲得巨大的能源。
　　 第二章,介紹了非線性光學(xué)的基礎(chǔ)知識。
　　 介紹了一般的非線性過程三波相互作用的耦

4、合波方程組,討論了群速度色散效應(yīng)及其控制與補償、位相匹配條件與方法,并簡要敘述了一些三階非線性效應(yīng),如三倍頻(THG)、飽和吸收(SA)、雙光子吸收(TPA)、受激拉曼散射(SRS)、光克爾效應(yīng)(OK)、自聚焦(SF)、四波混頻(FWM)等。
　　 第三章,三倍頻光的空間特性及其在空氣中傳輸?shù)腟RS效應(yīng)。
　　 為了滿足慣性約束核聚變研究中對于三倍頻系統(tǒng)的要求,我們分析了影響三倍頻轉(zhuǎn)換效率和光束質(zhì)量的物理因素,包括基頻光

5、光強大小、偏振匹配角大小、基頻光小尺度振幅和位相擾動的影響等。
　　 使用微擾理論分析了高功率激光的三次諧波在空氣中的受激拉曼散射(SRS)效應(yīng),發(fā)現(xiàn)由于晶體表面紋波而導(dǎo)致的三次諧波的強度調(diào)制會因為受激拉曼散射而加劇,增益不穩(wěn)定性也會隨著空間調(diào)制周期的增大而加劇?；诜蔷€性耦合波方程組的數(shù)值模擬證明了微擾分析的正確性。
　　 第四章,OPA/OPCPA過程泵浦光向信號光的位相傳遞。
　　 主要分析了泵浦光位相有調(diào)

6、制時光參量放大(OPA)/光參量啁啾脈沖放大(OPCPA)過程中信號光的空間特性。由于走離效應(yīng)引起的泵浦光向信號間的位相轉(zhuǎn)移與增益有關(guān),在高增益OPA系統(tǒng)中,即使走離很小,也會使信號光光束質(zhì)量嚴重降低,同時引起光束波面傾斜、波面發(fā)散/會聚。采用走離補償?shù)腛PA結(jié)構(gòu)可減弱相位轉(zhuǎn)移幅度,從而保證信號光光束質(zhì)量,這對于設(shè)計高能量光參量啁啾脈沖放大系統(tǒng)使非常重要的。
　　 第五章,本章理論分析了泵浦光有調(diào)制時光參量放大(OPA)過程的空