采用OPCPA技术提高高功率飞秒激光对比度研究

论文摘要

对比度是高强度飞秒激光的重要参数之一，它是限制高强度飞秒激光在强场物理、聚变能和高次谐波产生等领域进一步应用的瓶颈。 光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)技术结合了光参量放大(OPA)技术和啁啾脉冲放大(CPA)技术的优点，具有极高的增益系数、很宽的增益带宽、弱的热效应、高的转换效率和增益的时间选择性强等特点。采用该技术能获得高强度高对比度飞秒激光输出，但还有很多的关键技术问题需要突破。目前，采用OPCPA技术代替再生放大器是获得高对比度、高强度飞秒激光的较优选择。研究这类激光系统的对比度有很重要的现实意义。 本文分析了三阶非线性克尔效应和色散对飞秒激光的时空特性和对比度的影响。研究了运行在大增益区的OPCPA激光器的性能，分析了同步抖动对OPCPA输出飞秒脉冲的影响，以及采用长脉冲泵浦(比信号光脉冲长)的方式对输出飞秒脉冲特性的影响，在此基础上，就光直接同步方式中的关键技术——泵浦光成形技术进行了详细的理论研究，提出了采用多个超短脉冲叠加器来形成窄带、脉冲宽度可调的平顶泵浦光。主要的研究结果如下： 1、利用大啁啾信号光的频谱在时域内的分布特点，采用宽带数值计算模型，并对大增益情况下的三波耦合方程进行了详细的研究。研究结果表明，因信号光各部分的位相匹配不同，造成了系统的功率转换效率随三光波的相互作用距离而形成一种有准振荡结构，在第一个极值点为其最大的转换率；系统进入深度增益饱和状态，系统的稳定性大大优于小信号增益状态，但系统的对比

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 光参量啁啾脉冲放大技术及进展
• 1.1.1 啁啾脉冲放大技术
• 1.1.2 OPCPA技术的特点
• 1.1.3 国内外 OPCPA技术的进展
• 1.2 降低飞秒激光对比度的因素及提高技术
• 1.2.1 参量放大噪声
• 1.2.2 色散影响输出脉冲对比度
• 1.2.3 三阶非线性克尔效应影响强激光的时空对比度
• 1.2.4 时间同步抖动影响输出脉冲的对比度
• 1.3 本文研究的意义及内容安排
• 参考文献
• 第二章 运行在大增益区的大啁啾宽带光参量放大器的分析
• 2.1 大啁啾宽带光参量放大的计算模型
• 2.2 程序校核
• 2.3 运行在大信号状态下的OPCPA特性分析
• 2.3.1 位相失配对光波转化的影响
• 2.3.2 宽带 OPCPA系统的增益谱
• 2.3.3 宽带 OPCPA系统的非线性位相变化
• 2.3.4 直接压缩后的脉冲对比度分析
• 2.3.5 宽带 OPCPA系统中功率转换效率的分析
• 2.3.6 宽带 OPCPA系统的稳定性分析
• 2.4 小结
• 参考文献
• 第三章 影响飞秒激光时间对比度的因素及分析
• 3.1 自相位调制效应对飞秒脉冲的影响研究
• 3.1.1 理论模型
• 3.1.2 SPM对高功率飞秒激光的影响
• 3.1.3 SPM效应对飞秒激光峰值光强的影响
• 3.1.4 SPM效应对飞秒激光脉宽的影响
• 3.1.5 SPM效应对飞秒激光本底宽度的影响
• 3.2 有振幅调制和位相扰动下 SPM对飞秒激光的影响
• 3.2.1 振幅调制下 SPM对飞秒激光的影响
• 3.2.2 位相扰动下 SPM对飞秒激光的影响
• 3.3 色散对飞秒激光的影响
• 3.3.1 物理模型
• 3.3.2 数值模拟结果
• 3.4 时间同步抖动对 OPCPA系统的的影响
• 3.4.1 含克尔效应的光参量啁啾脉冲放大方程
• 3.4.2 同步抖动对OPCPA系统特性的影响
• 3.4.3 采用平顶长泵浦脉冲解决系统同步问题分析
• 3.5 小结
• 参考文献
• 第四章 Kerr效应影响飞秒激光空间对比度分析及光束质量评价
• 4.1 物理基础
• 4.2 克尔效应对高斯光束聚焦特性的影响
• 4.2.1 对焦移的影响
• 4.2.2 对远场光束质量的影响
• 4.2.3 对几何焦平面光强分布的影响
• 4.2.4 对光束对比度的影响
• 4.3 克尔效应对超高斯光束聚焦特性的影响
• 4.3.1 对焦移的影响
• 4.3.2 对光束远场质量的影响
• 4.3.3 对几何焦平面光强分布的影响
• 4.3.4 对光束对比度的影响
• 2因子评价 Kerr效应对光束的影响'>4.4 M²因子评价 Kerr效应对光束的影响
• 2的确定'>4.4.1 光束传输方程和光束传输因子M²的确定
• 4.4.2 计算结果和分析
• 2因子'>4.4.3 非线性补偿方法降低M²因子
• 4.5 小结
• 参考文献
• 第五章 光直接同步的关键技术——泵浦光成形技术研究
• 5.1 多脉冲叠加器及工作原理
• 5.2 多脉冲叠加器的理论与数值分析
• 5.2.1 多脉冲叠加器的理论分析
• 5.2.2 数值结果与分析
• 5.3 单个种子光脉冲在再生放大器中的演化规律分析
• 5.3.1 单个种子光脉冲演化规律的数值分析
• 5.3.2 单个种子光脉冲演化的实验布置
• 5.3.3 实验结果及分析
• 5.4 小结
• 参考文献
• 第六章 总结
• 在读期间科研成果简介
• 致谢