重复频率受激布里渊散射光束波前畸变补偿的研究

论文摘要

为了满足惯性聚变能源（IFE）的要求,激光驱动器必须以较高的重复频率输出高能量、高光束质量的激光。受激布里渊散射（SBS）相位共轭镜（PCM）具有很高的能量转换效率,能实时补偿光学系统热畸变和材料不均匀性等因素引起的波前畸变,提高光束质量和聚焦功率密度,大幅降低高能激光系统的造价,因此在IFE激光驱动器研究中具有很重要的意义。现有的SBS激光系统由于受到其它非线性效应的限制,其输出能量和重复频率都还不能满足IFE对激光驱动器的要求。因此,本文开展了对适用于高能重复频率激光系统的SBS-PCM的研究,同时还研究了高负载条件下SBS-PCM的光束波前畸变补偿效果。本文从SBS的理论出发,阐述了SBS-PCM反射相位共轭光的基本原理。限制SBS-PCM工作在高负载条件下的主要因素有光学击穿和热效应。通过分析产生光学击穿的雪崩电离模型可知,采用过滤介质和提高焦距等手段可以提高光学击穿的阈值。选用低吸收介质减少热效应的产生,而引入旋转楔形板则可以缓解热效应积累。设计了重复频率SBS的研究方案,实验研究了SBS-PCM在不同的共轭介质、重复频率、介质过滤、透镜焦距等条件下对不同入射能量的反射率。实验结果表明FC-72适合用作高负载条件下的共轭介质,而过滤介质、适当加大焦距有利于提高高能量情况下SBS-PCM的反射率。为了缓解高重复频率时热效应的积累,设计加工了旋转楔形板并将其引入到SBS-PCM系统中。实验研究表明,使用旋转楔形板可以大幅提高SBS-PCM系统在高重复频率下反射率稳定性和波前畸变补偿能力。使用波前分析仪测量不同条件下激光的波前,实验研究了SBS-PCM的光束波前畸变补偿效果。根据波前传感器的测量原理,设计了波前数据处理程序,重构激光波前图形,计算波前的相位平均值和标准差。入射光、畸变光和反射光的波前的测量结果表明,当SBS-PCM中没有发生光学击穿等非线性效应时,SBS-PCM的反射率高,具有很强的波前畸变补偿能力。而当SBS-PCM中出现了光学击穿等其他非线性效应时,其波前畸变补偿能力大幅减弱,能量反射率也随之降低。

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 国内外研究进展
• 1.2.1 SBS 相位共轭国内外研究现状
• 1.2.2 重复频率SBS 相位共轭国内外研究现状
• 1.3 本文研究内容及结构安排
• 第2章 重复频率SBS-PCM 理论基础与分析
• 2.1 SBS 的相位共轭基本原理
• 2.1.1 SBS 的一般描述
• 2.1.2 受激布里渊散射过程的数学描述
• 2.1.3 后向SBS 散射光的相位共轭特性
• 2.2 光学击穿的产生及其对SBS 的影响
• 2.2.1 光学击穿的雪崩电离模型
• 2.2.2 光学击穿阈值与介质化学结构的关系
• 2.2.3 光学击穿对SBS-PCM 的影响
• 2.2.4 影响光学击穿的主要因素和相应对策
• 2.3 激光与介质相互作用的热效应
• 2.3.1 受激热散射的产生机制和特征
• 2.3.2 受激热散射理论描述
• 2.3.3 影响热效应的因素及相应对策
• 2.4 本章小结
• 第3章 重复频率SBS-PCM 研究相关设计
• 3.1 旋转楔形板设计方案
• 3.1.1 旋转楔形板设计的总体要求
• 3.1.2 楔形板设计
• 3.1.3 转动电机的选择
• 3.2 波前分析仪数据处理程序设计
• 3.2.1 波前分析仪的测量原理
• 3.2.2 波前数据处理程序设计
• 3.3 本章小结
• 第4章 重复频率SBS-PCM 实验研究
• 4.1 实验方案与实验装置
• 4.2 重复频率SBS-PCM 能量反射率实验研究
• 4.2.1 共轭介质对SBS-PCM 反射率的影响
• 4.2.2 重复频率对SBS-PCM 反射率的影响
• 4.2.3 过滤介质对SBS-PCM 反射率的影响
• 4.2.4 透镜焦距对SBS-PCM 反射率的影响
• 4.2.5 旋转楔形板对SBS-PCM 稳定性的影响
• 4.3 重复频率SBS-PCM 波前畸变补偿实验研究
• 4.3.1 SBS-PCM 状态良好时的畸变补偿效果
• 4.3.2 SBS-PCM 在不同工作条件下的畸变补偿效果
• 4.3.3 旋转楔形板对SBS-PCM 畸变补偿能力的影响
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 致谢