大啁啾高功率激光脉冲传输的自适应算法研究

论文摘要

在超短激光脉冲技术中啁啾是必不可少的，实际应用中的脉冲通常携带有较大的频率啁啾，其值可达103104甚至更大。啁啾作为控制脉冲传输的一个重要参量，不仅可以调控脉冲的展宽程度也影响自相位调制展宽频谱的形状。啁啾脉冲广泛应用于光纤通信系统、粒子数反转和迁移、光脉冲压缩、啁啾脉冲放大等研究领域。时域光束传输方法是一种广泛用于模拟脉冲传输的研究方法，但是对于啁啾脉冲，由于其中存在啁啾相位，根据抽样定理所需抽样点的数量与啁啾参量成正比，致使大啁啾脉冲传输所需抽样点的数量非常巨大。而抽样点数的增加会导致计算所需的内存资源、运行时间等相应增加，从而降低计算效率。本文提出了适用于大啁啾高功率激光脉冲线性传输和非线性传输的自适应算法，主要工作如下：1.提出了大啁啾高功率激光脉冲线性传输的自适应算法，与传统算法相比，两者在达到相同精度的条件下新算法所需抽样点的数量可以成数量级地降低。该算法的基本思想是从啁啾脉冲中提取啁啾相位，将啁啾脉冲的线性传输转变为无啁啾脉冲的线性传输。线性自适应算法的可靠性分别从解析分析和数值模拟两方面得到了证实。另外数值模拟也表明：对于啁啾脉冲传输，传统算法所需抽样点的数量随初始啁啾线性变化，而新算法在达到相同精度下所需抽样点的数量与无啁啾脉冲传输所需抽样点的数量一致，即无论啁啾参量的大小如何，新算法所需的抽样点数始终保持一个较小值。2.提出了大啁啾高功率激光脉冲非线性传输的自适应算法，与传统算法相比，新算法极大地提高了脉冲在时域焦点附近处的计算精度，并且节省了大量的计算资源。考虑不同入射脉冲形状的非线性传输，比较两种算法得到的数值结果证实了该算法的可靠性。数值结果也表明：在传输距离一定的情况下，传统算法所需抽样点的数量随啁啾参量的增大而增大，而新算法始终保持一个较小值；在啁啾参量一定的情况下，传统算法所需抽样点的数量随传输距离发生变化，而新算法始终保持一个较小值，且两者在达到同样精度的条件下，新算法所需抽样点的数量仅需|f z|/f倍传统算法所需抽样点的数量(其中f为时域焦距， z为传输距离)，因此传输距离越靠近时域焦点位置时，新算法的优势越明显。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 超短激光脉冲的发展历程
• 1.2 大啁啾高功率激光脉冲的来源
• 1.3 大啁啾高功率激光脉冲的应用
• 1.4 常规研究方法存在的局限性
• 1.5 本论文的研究意义和内容安排
• 1.5.1 本论文的研究意义
• 1.5.2 本论文的内容安排
• 第2章 大啁啾高功率激光脉冲的传输
• 2.1 引言
• 2.2 非线性薛定谔方程
• 2.3 啁啾脉冲
• 2.4 啁啾相位函数的抽样准则
• 2.5 常规算法中存在的问题
• 2.6 大啁啾问题的处理方法
• 2.7 本章小结
• 第3章 大啁啾激光脉冲线性传输的自适应算法
• 3.1 引言
• 3.2 传统的时域光束传输方法
• 3.3 改进的自适应算法
• 3.3.1 时域焦距长度
• 3.3.2 自适应算法：大啁啾相位因子的处理
• 3.4 自适应算法的有效性验证
• 3.4.1 解析分析
• 3.4.2 数值模拟分析
• 3.5 自适应算法的优势
• 3.6 本章小结
• 第4章 大啁啾激光脉冲非线性传输的自适应算法
• 4.1 引言
• 4.2 大啁啾激光脉冲的非线性传输方程
• 4.3 自适应算法的分步傅里叶算法
• 4.4 自适应算法在非线性传输中的可靠性验证
• 4.4.1 啁啾高斯脉冲的非线性传输
• 4.4.2 双曲正割啁啾脉冲的非线性传输
• 4.4.3 三阶超高斯啁啾脉冲的非线性传输
• 4.5 非线性传输过程中自适应算法的优势
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 致谢