论文摘要
在ICF研究中，大型钕玻璃固体激光器获得短波长激光唯一有效的途径是通过大口径KDP晶体的三倍频来实现的。因此，高功率激光的三倍频已成为ICF研究中的重要内容之一。为了进一步改善聚焦到靶面的三倍频光的均匀性，通常需要采用空间域平滑技术和时间域平滑技术相结合的方式来实现光束平滑，从而有效地提高靶对激光的吸收。光束的频谱宽度越宽，则越容易实现光束匀滑化。然而，在高功率条件下，宽频带三倍频技术的主要困难是在实现高效率三倍频的同时，保持三倍频光具有一定的频带宽度。采用大口径KDP晶体对ns量级光脉冲进行三倍频时，受KDP晶体色散的影响，位相匹配条件和群速度匹配条件无法同时满足，从而使高效率的三倍频过程局限于带宽很小的范围内。因此，有必要对高效宽带三倍频技术进行研究。本文主要围绕高强度宽带三倍频方案的分析和优化开展研究工作，主要内容包括：1．建立了高强度宽带三倍频物理模型，主要考虑了近轴衍射、离散效应、群速度失配、三阶非线性效应、入射基频光振幅和位相变化、带宽以及晶体吸收等多种物理因素，编制了计算数值模拟程序，并对该程序进行了校核，证明了该程序的正确性和有效性。2．详细研究了入射基频光的带宽对三倍频转换效率的影响。在此基础上，对晶体级联、光谱角色散、啁啾匹配型、采用薄的新型非线性晶体、准相位匹配和温度相位匹配等现有的多种宽带三倍频技术进行了分析和比较，最终确定本文采用晶体级联和光谱角色散两种宽带三倍频技术进行方案分析和参数优化。3．提出了采用一块倍频晶体和两块混频晶体级联方式的Ⅰ／Ⅱ／Ⅰ类角度失谐的方案实现高效宽带三倍频，定量分析了入射基频光强度和带宽以及晶体厚度对三倍频转换效率、时间波形和光谱分布的影响，并对晶体参数进行了优化。4．针对光谱角色散方式的宽带三倍频方案，讨论了光栅角色散、入射基频光强度、带宽以及晶体厚度对三倍频转换效率、时间波形和光谱分布的影响，并对晶体参数进行了优化。