受激布里渊散射组束激光器研究

论文摘要

重复频率、高功率、大能量的激光可以广泛地应用于军事、科研和工业等领域。单束激光器能量的增加存在着不可避免的限制,因此现在的大能量激光系统往往工作在单次状态,难以达到重复工作的要求。如何获得高重复频率、高功率、大能量的激光输出一直是科技界关心而又难以解决的问题。激光组束,由于其使单路激光运转在小能量、低功率的状态下,避开了单路激光在增加激光能量和功率方面的诸多限制,成为了获得大能量、高功率激光的有效途径之一,受到了人们的广泛关注。目前激光组束的研究虽然已经发展了很多种方案,但是都没有达到实用的水平。SBS激光串行组束基于布里渊放大的原理,利用一束Stokes光逐级抽取泵浦光束中的能量,可使多束光的能量向一束光转移,最终实现多束激光的合成输出。SBS激光串行组束是一种完全相干组束,获取的输出激光束在物理上是单束光,且系统可升级性高。本文首先从SBS的经典理论出发,建立了SBS激光串行组束的物理模型。运用共线布里渊放大的模拟程序,研究了系统各参数——泵浦参数、结构参数、介质参数等,对共线强信号布里渊放大的能量提取效率及光束质量的影响,并进行了实验验证。实验上,在泵浦光与Stokes光能量比为39.5:1时,可达到400mJ的输出能量,获得80%以上的能量提取效率。泵浦光的主要作用是提供能量,而输出光的光束质量主要由Stokes光决定。其次,对非共线布里渊放大中的相位匹配进行了研究。从理论上分析了非共线布里渊放大效率下降的主要原因,即Stokes光与泵浦光的夹角造成的波矢失配。给出波矢失配对布里渊放大的影响,并提出用控制放大介质频移的方法来消除波矢失配,并进行了实验验证。论文最后给出了SBS激光串行组束系统的设计,采用共线结构单元与非共线结构单元相结合的思想,并给出其中共线结构单元与非共线结构单元的设计依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 相干激光组束方案
• 1.2.2 波长/频谱激光组束方案
• 1.2.3 其他类型激光组束方案
• 1.3 基于SBS 的激光串行组束方案的提出
• 1.4 本文研究内容及结构安排
• 第2章 SBS 激光串行组束的理论模型
• 2.1 引言
• 2.2 受激布里渊散射的经典理论
• 2.2.1 受激布里渊散射的一般描述
• 2.2.2 受激布里渊散射的数学模型
• 2.3 受激布里渊放大的物理模型
• 2.4 基于布里渊放大激光组束的物理模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 SBS 激光组束中共线强信号布里渊放大研究
• 3.1 引言
• 3.2 共线强信号布里渊放大的理论研究
• 3.2.1 数学计算模型
• 3.2.2 泵浦参数对强信号布里渊放大的影响
• 3.2.3 结构参数对强信号布里渊放大的影响
• 3.2.4 介质参数对强信号布里渊放大的影响
• 3.3 共线强信号布里渊放大的实验研究
• 3.3.1 实验装置
• 3.3.2 实验结果及分析
• 3.3.3 实验结果小结
• 3.4 长脉冲泵浦下SBS 激光串行组束
• 3.4.1 长脉冲泵浦对输出能量的影响
• 3.4.2 长脉冲泵浦对脉冲波形的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 SBS 激光组束中非共线布里渊放大研究
• 4.1 引言
• 4.2 非共线强信号布里渊放大的研究
• 4.2.1 物理模型
• 4.2.2 非共线布里渊放大中的相位失配问题
• 4.2.3 波矢失配对布里渊放大的影响
• 4.3 非共线布里渊放大的相位匹配
• 4.3.1 理论模型
• 4.3.2 实验研究
• 4.4 本章小结
• 第5章 SBS 组束激光器设计
• 5.1 引言
• 5.2 激光组束系统的初步设计
• 5.3 共线组束结构设计原则
• 5.4 非共线组束结构设计原则
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢