论文题目: 宽带激光的传输和放大研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 光学
作者: 傅喜泉
导师: 范滇元
关键词: 光周期,非线性传输,亚周期脉冲,啁啾脉冲,均匀加宽,非均匀加宽,激光放大,小尺度自聚焦
文献来源: 复旦大学
发表年度: 2005
论文摘要: 近年来,超短激光脉宽的最短记录被不断突破,已经能产生的脉冲宽度和光波的振荡周期相当甚至更短。激光束的传输特性一直是大型激光系统研制所关注的主要问题之一。新的激光物理问题和激光传输放大是世界性的热点研究内容,也是国家高技术发展计划激光惯性约束聚变主题和激光技术主题的进一步发展所涉及到的关键课题。本文研究宽频带激光状态下高功率激光驱动器中的脉冲传输、放大理论和技术,并进一步探讨频谱宽度大于中心频率的亚周期脉冲激光在介质中的线性传输问题,建立新的理论模型、研究大计算量的优化算法并尝试可视化和仿真模拟,判断技术可行性等。为设计和优化新一代的宽带皮秒快点火激光系统和宽带纳秒主激光装置提供基础,为超短脉冲激光技术的发展和应用提供基础性的前瞻性研究。 在本文中一个用得比较多的概念就是“光波的振荡周期”,而单周期脉冲是指激光脉冲脉宽(习惯用半高全宽或者1/e高度时的宽度来度量)等于光周期。本文主要进行了如下工作: 一、研究了宽频带激光脉冲的放大理论,解决了脉冲状态下,非均匀加宽介质中线性啁啾激光脉冲的放大理论及计算方法。 针对宽带激光,放大介质将显示非均匀加宽的特征,而现有放大模型都只考虑了均匀加宽的性质。我们首先推广了激光在均匀加宽放大介质中的放大理论模型,然后将之完善到了非均匀加宽放大介质。利用线性啁啾脉冲的时间和光谱的对应特性,解决了宽频带激光在非均匀加宽介质中的处理方法。 在我们建立模型的基础上,进行了程序编码。对均匀加宽和非均匀加宽的增益特性进行了比较,通过数值计算探讨了非均匀加宽和均匀加宽介质中激光放大的脉冲整形预补偿畸变的可行性。在非均匀加宽放大系统中脉冲波形失真更有规则,也就更容易对脉冲波形进行控制和整形。 二、从整体自聚焦和小尺度自聚焦两方面,创新地研究了宽频带激光脉冲在非线性介质中的传输理论。并讨论了啁啾脉冲激光对产生超连续光谱的影响和作用。 讨论了(3+1)维非线性传输方程的算法问题,对整体自聚焦进行了探
论文目录:
第一章 绪论
1.1 激光放大模型现状
1.1.1 窄带脉冲放大模型
1.1.2 宽带脉冲放大模型
1.2 飞秒激光传输的研究现状
1.2.1 飞秒激光的产生进展
1.2.2 飞秒激光(长于一个周期)的传输
1.3 超强飞秒激光在透明介质中传输的研究
1.3.1 超短超强激光脉冲在空气中传输的研究
1.3.2 应用：激光雷达原理(LIDAR)
1.4 亚周期超宽频谱的脉冲传输研究现状
1.4.1 亚周期超宽频谱脉冲的产生
1.4.2 亚周期超宽频谱脉冲的传输
1.5 本文的工作
第二章 宽频带脉冲放大研究
2.1 窄带激光放大理论(Frantz-Nodvik模型)
2.2 宽带激光脉冲在均匀加宽线宽放大介质中的理论模型
2.2.1 光场传输放大方程
2.2.2 均匀加宽线宽介质中的反转粒子数方程
2.2.3 补充宽带均匀加宽线宽介质放大模型
2.3 非均匀加宽线宽的放大介质中CPA的理论模型
2.3.1 窄带非均匀加宽效应拓展
2.3.2 大啁啾时的放大模型和结果分析
2.4 激光放大的优化补偿模拟
第三章 宽频带脉冲非线性传输研究
3.1 超短脉冲的非线性传输方程
3.1.1 非线性传输方程算法分析
3.2 高功率宽频带激光脉冲小尺度自聚焦的Bespalov-Talanov理论
3.2.1 宽频带激光脉冲小尺度自聚焦的B-T理论
3.2.2 研究啁啾脉冲噪声的增长
3.3 光子晶体光纤中啁啾脉冲光的超连续谱产生现象
3.3.1 光子晶体光纤中的传输模型
3.3.2 啁啾脉冲光的超连续谱产生数值模拟分析
第四章 亚周期激光的线性传输研究
4.1 啁啾脉冲中超短脉冲光束载频ω_c与中心频率ω_o的关系
4.2 周期超短脉冲光束传输方程
4.3 自由空间中亚周期超短脉冲的传输
4.3.1 脉冲Gauss光束奇异性的出现和避免
4.4 周期脉冲的矢量场分析
4.4.1 自由空间中傍轴脉冲光束的矢量传输方程
4.4.2 脉冲类Gauss光束解的矢量场
4.4.3 脉冲类Gauss光束的横向和纵向分量的数量级分析
4.4.4 自由空间中SVEA和CAS解的矢量分析比较
4.5 色散介质中亚周期脉冲的解析解
4.6 色散项对亚周期脉冲传输的影响
第五章 总结和展望
5.1 本文完成的工作总结
5.2 本文工作的不足
5.3 以后工作展望
附录一章 超短脉冲光束传输的复解析信号理论与Hilbert变换
A.1 求解复解析信号(CAS)的步骤
A.2 复解析信号(CAS)的主要性质和有关的重要关系
A.3 复解析信号(CAS)理论与准单色光的包络理论的关系
A.4 Hilbert变换的另外一种定义
参考文献
公开发表的论文
致谢
发布时间: 2005-09-19
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