短脉冲KrF光源的研究

论文摘要

KrF准分子激光器以其波长短,提取效率高,频带宽,可重复运行等优点而成为ICF驱动器的候选者之一,并应用于物质状态方程的研究中。研究结果表明ICF实验最合适的激光脉冲为脉宽1-10 ns的空间辐照均匀脉冲。而通用的商品KrF激光器的自发辐射放大（ASE）脉冲宽度大于25ns。因此,需要研究KrF激光器的ASE短脉冲产生技术。本文采用激光振荡淬灭法和光学击穿法两种方法产生了脉宽小于10 ns的KrF短脉冲,并研究了相关参数对脉冲削波的影响规律。对于激光振荡淬灭法理论上计算了产生ASE短脉冲所需的折叠腔镜摆放角度与位置等参数,以及参数变化对产生ASE短脉冲的影响规律。分别对外加一片和两片折叠腔镜进行了实验研究,理论与实验符合。理论与实验表明,ASE短脉冲的宽度随外加折叠腔镜与光束横截面夹角及其与激光器之间距离的的减小而减小。初始脉冲能量变化对产生的ASE短脉冲宽度影响较小。给出了折叠腔的优化设计方案。对脉宽为33 ns的KrF初始ASE脉冲进行削波,得到了脉宽为7 ns的ASE短脉冲。根据光学击穿产生的等离子体能够对光脉冲能量强烈吸收的原理,实验上采用酒精光学击穿对KrF激光及ASE光脉冲进行削波。实验装置采取了将光束经反射镜折叠向下传输透过比色皿的措施,以避免比色皿壁损坏。并在酒精中掺杂了石英粉末将光学击穿阈值降低到30MW/cm 2。实验结果表明,产生KrF短脉冲的宽度随酒精中掺杂石英粉末浓度、酒精悬浊液厚度、增加而减小。讨论了受激布里渊散射效应（SBS）对脉冲削波的影响,给出了避免SBS效应干扰的方法。由脉宽为29 ns的KrF激光脉冲经光学击穿削波后得到了9.5 ns的激光短脉冲;由脉宽为33 ns的ASE脉冲得到了脉宽为10.5 ns的ASE短脉冲。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪 论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外激光脉冲削波、压缩领域研究现状及分析
• 1.2.1 时空变换法
• 1.2.2 电光开关法
• 1.2.3 受激布里渊散射（SBS）技术
• 1.2.4 饱和吸收技术
• 1.2.5 利用光学击穿进行脉冲削波
• 1.2.6 利用饱和增益开关法进行脉冲削波
• 1.2.7 各种方案的比较
• 1.3 本文研究内容及结构安排
• 第2章 激光振荡淬灭法理论基础与计算
• 2.1 激光振荡淬灭法的理论基础
• 2.2 激光振荡淬灭法理论计算
• 2.2.1 外加反射镜与光束横截面夹角对ASE 脉冲削波的影响
• 2.2.2 外加反射镜与激光器距离对ASE 脉冲削波的影响
• 2.3 本章小结
• 第3章 振荡淬灭法ASE 脉冲削波实验研究
• 3.1 折叠腔设计方案
• 3.2 两片外加反射镜的振荡淬灭实验
• 3.2.1 外加反射镜与光束横截面夹角θ对ASE 脉冲削波的影响
• 3.2.2 初始ASE 脉冲能量变化对ASE 脉冲削波影响
• 3.2.3 小结
• 3.3 一片外加反射镜的振荡淬灭实验
• 3.3.1 外加反射镜与激光器出光口间距离变化对ASE 脉冲的影响
• 3.3.2 初始ASE 脉冲能量变化对ASE 脉冲削波影响
• 3.3.3 前腔镜调偏程度的变化对初始ASE 脉冲波形的影响
• 3.3.4 小结
• 3.4 折叠腔的优化设计方案
• 3.5 本章小结
• 第4章 光学击穿法KrF 脉冲削波实验研究
• 4.1 光学击穿的基本原理
• 4.2 实验方案与实验装置
• 4.3 实验结果
• 4.3.1 酒精中掺杂石英粉末浓度对光学击穿脉冲削波的影响
• 4.3.2 酒精悬浊液厚度对光学击穿脉冲削波的影响
• 4.3.3 入射激光脉冲能量对光学击穿脉冲削波的影响
• 4.3.4 透镜与液面间距离对光学击穿脉冲削波的影响
• 4.3.5 焦斑与比色皿壁的水平距离对光学击穿脉冲削波的影响
• 4.3.6 SBS 效应对光学击穿脉冲削波的影响
• 4.3.7 KrF 激光器ASE 脉冲的光学击穿削波效果
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 附录1
• 附录2
• 致谢