ICF激光驱动器前端系统脉冲整形技术研究

论文摘要

惯性约束聚变（Inertia Confinement Fusion,ICF）驱动源技术中,高功率固体激光装置是目前较为理想的一种驱动器。全光纤前端系统的脉冲整形能力是衡量装置性能的关键因素之一,整形脉冲的时域和频域及传输特性都极大的影响了该装置的脉冲输出特性。前端系统要求输出具有适当宽度或形状,并具有一定能量、光谱带宽、高信噪比和高光束质量的激光脉冲,而脉冲在光纤中传输时,偏振、色散以及自相位调制等效应均会影响整形脉冲的特性。论文针对两种脉冲整形技术方案,研究了系统关键器件的性能以及整形脉冲的传输等问题,主要包括以下内容:一、研究了调制型前端系统的脉冲特性,主要针对法国LMJ装置前端光纤注入系统,分析了光纤放大器的增益窄化以及光纤中的色散效应对相位调制脉冲的影响,通过定义FM-AM转换因子对影响结果进行量化,并分析了相位调制脉冲在保偏光纤中的传输。研究结果表明,光纤连接器的偏振消光比、相位调制脉冲的调制度和调制频率,以及光纤中两偏振分量之间的群时延差都会影响FM-AM因子,在系统设计中,可通过优化这些参量来降低脉冲的强度调制。二、基于全光纤脉冲堆积型前端系统,研究了系统关键器件的工作原理及性能,从实际应用出发,采用传输矩阵研究方法重点分析研究了啁啾光纤布拉格光栅对脉冲的色散展宽问题,并探讨了啁啾堆积脉冲的时频特性。研究结果表明,通过改变光纤光栅的啁啾因子可改变脉冲的展宽量。堆积技术方案中获得的整形脉冲时域波形和功率谱均发生调制,而各路子脉冲的初始啁啾和时延决定了调制周期的大小,通过对上述两参量设计合理的控制方案,可使脉冲时间调制周期小于靶物理要求的调制周期,达到总体的设计要求。三、采用非线性薛定谔方程,研究了光纤中的线性色散和自相位调制对对啁啾堆积脉冲的影响。研究结果表明,各路子脉冲的初始啁啾、峰值功率以及时延都会影响堆积脉冲传输后的时域和频域特性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 惯性约束聚变的概念
• 1.2 高功率激光器前端系统及其发展
• 1.2.1 国外概况
• 1.2.2 国内概况
• 1.3 论文研究内容
• 第二章 脉冲调制型前端系统
• 2.1 相位调制脉冲特性
• 2.2 FM-AM转换因子
• 2.3 传递函数
• 2.4 相位调制脉冲在保偏光纤中传输引入的FM-AM问题
• 2.4.1 保偏光纤
• 2.4.2 相位调制脉冲在保偏光纤中的传输
• 2.5 本章小结
• 第三章 脉冲堆积型前端系统
• 3.1 全光纤脉冲整形系统
• 3.2 锁模光纤激光器
• 3.2.1 锁模的基本原理
• 3.2.2 锁模的方法
• 3.3 啁啾光纤布拉格光栅
• 3.3.1 光纤光栅的光谱响应函数
• 3.3.2 啁啾光纤光栅对入射脉冲的展宽
• 3.4 光纤堆积器
• 3.4.1 堆积脉冲的时域特性
• 3.4.2 堆积脉冲的频域特性
• 3.5 本章小结
• 第四章 啁啾脉冲的传输特性
• 4.1 啁啾脉冲通过导波光纤信道的传输模型建模及仿真
• 4.1.1 非线性薛定谔方程
• 4.1.2 对称分步傅立叶法
• 4.1.3 光纤中的色散及非线性效应
• 4.2 啁啾堆积脉冲在光纤中的传输特性
• 4.2.1 群速度色散对堆积脉冲的影响
• 4.2.2 自相位调制对堆积脉冲的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间的研究成果