微弱光脉冲多程放大技术研究

论文摘要

泵浦源技术是光参量啁啾脉冲放大技术的关键技术之一。为开展泵浦源技术的研究,本论文对弱信号的高增益放大技术进行了初步研究。利用多程放大技术实现了对脉宽5ns、能量仅为0.2nJ的微弱信号的放大。同时,对高增益放大过程中的增益、波形失真以及光路调节等问题进行了分析和讨论。本文首先介绍了泵浦源前端的设计,分析了Nd:YAG增益介质的特性,利用激光放大的模型对多程放大进行了数值模拟,分析了脉冲放大过程中的波形失真现象,提出了为实现窄脉冲平顶的泵浦激光所需的泵浦源前端注入脉冲波形情况。其次,为实现从光纤脉冲源到固体放大器的有效耦合,分析了多程放大的光学设计以及光路调整问题,针对光路调整提出了比较实用的原则。按照所提出的方法,可以精确的实现多程放大器的光路调整。最后,对微弱信号进行了多程放大实验,分别利用双程、四程和六程放大,实现了对脉冲宽度为5ns、10ns、20ns、50ns、100ns的激光放大,分析了冷却温度、泵浦电压对放大效果的影响,对放大过程中的弛豫振荡和寄生振荡对输出波形的影响进行了分析。为实现波形保真的脉冲放大,应使放大系统工作在线性区。本文还对脉冲放大过程中的波形失真现象进行了研究,发现对不同脉冲宽度的弱信号脉冲,波形畸变情况有所不同,50ns脉冲的波形畸变较小。为实现对数ns脉冲的波形保真放大,应该减少系统当中的寄生振荡。通过在光路中增加小孔滤波来抑制寄生振荡,使波形畸变得到控制,取得了良好的效果。通过对多程放大过程中遇到的困难和现象进行分析,认为通过提高注入信号能量可以取得更好的效果;在不能增加注入能量的情况下,应选择再生放大技术来实现高增益放大,由于再生放大中脉冲在腔内往返次数更多,对元件的质量、抑制自激和寄生振荡技术提出了更高的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义
• 1.2 超强超短脉冲技术的进展
• 1.3 泵浦源特性对OPCPA 的影响
• 1.4 OPCPA 泵浦源技术的国内外进展
• 1.5 弱信号高增益放大技术的国内外研究进展
• 1.5.1 弱信号高增益技术的国外研究进展
• 1.5.2 弱信号高增益技术的国内研究进展
• 1.6 本论文的研究内容
• 第2章 高增益放大设计
• 2.1 OPCPA 泵浦源前端总体方案
• 2.2 任意波形产生的基本原理
• 2.3 Nd:YAG 激光晶体简介
• 2.4 多程放大数值模拟
• 2.4.1 激光放大的物理模型
• 2.4.2 激光放大的数值模型
• 2.4.3 多程放大的数值模拟
• 2.5 本章小结
• 第3章 激光器的光学设计和调整
• 3.1 多程放大的光路设计
• 3.2 光路调节
• 3.2.1 光路调节的方法分析
• 3.2.2 种子光的准直及腔长计算
• 3.3 本章小结
• 第4章 多程放大的实验研究
• 4.1 双程放大实验研究
• 4.2 四程放大实验研究
• 4.3 六程放大实验研究
• 4.4 多程放大实验的讨论与分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢