高能量的超短脈沖皮秒激光因其具有高峰值功率、高光束質量及理想的時間和空間波形被應用于醫(yī)療、工業(yè)加工及軍用等諸多領域。采用傳統(tǒng)技術手段獲得高能皮秒脈沖激光造價高昂,效率低,實驗裝置復雜,不利于普及推廣�；谑芗げ祭餃Y散射（SBS）效應,將納秒量級泵浦光通過壓縮和放大等措施,成功獲得高能量百皮秒超短脈沖輸出。將其與其它系統(tǒng)結合搭建完整激光治療儀器,通過實驗觀察紋身淡化病例樣本,進一步驗證該實驗裝置的有效性與先進性。首先,依據(jù)SBS理論建立自發(fā)散射模型及物理放大模型,采用麥克斯韋（Maxwell）方程組和Navier-Stokes方程相結合,建立一維瞬態(tài)SBS耦合方程組,在此基礎上利用差分法與迭代法離散方程,獲得數(shù)值模擬仿真公式。對SBS閾值效應進行仿真,從泵浦光、介質材料及系統(tǒng)結構三方面分別對脈寬壓縮及布里淵放大進行模擬。通過數(shù)值分析各參數(shù)對脈寬壓縮、能量反射和受激布里淵放大過程的影響規(guī)律。其次,通過數(shù)值模擬結果及對介質的各項性質了解,選用FC-40和FC-43兩種不同參數(shù)介質進行對比實驗,搭建產生池與放大池相結合的雙池結構裝置,分別對其獲得的脈寬壓縮效果,能量反射強度,中心波長及脈寬穩(wěn)定... 

【文章來源】：長春理工大學吉林省

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

首次通過SBS效應脈沖壓縮實驗裝置圖

第1章緒論3示[17]。在充滿甲烷(CH4)且壓強為130atm的錐形玻璃管中，通過SBS效應，將能量200mJ，脈寬20ns的Nd:YAG脈沖激光進行壓縮，獲得最窄脈沖寬度2±0.5ns。在實驗過程中D.T.Hon初次提出SBS半經典理論，推導并建立耦合波方程。圖1.1首次通過SBS效應脈沖壓縮實驗裝置圖（O-激光器；P-偏振片；Q-1/4波片；A-放大池；C-SBS壓縮池；D-探測器；D1,D2,D3分別為放大后輸入、前向散射、二次壓縮探測器）1988年前蘇聯(lián)M.A.Davydov和I.N.Kosheynikova兩人通過對非穩(wěn)態(tài)環(huán)境下SBS引起的Stokes脈沖壓縮過程進行數(shù)值分析，預估了在不同聲子弛豫時間中液體介質SBS的最大壓縮系數(shù)[18]。結果表明，壓縮比取決于泵浦能量，與介質種類無關，但是具有低吸收系數(shù)與短弛豫時間的液體介質，更容易實現(xiàn)SBS脈沖壓縮。1999年荷蘭IavorVelchev等人提出一種通過瞬態(tài)SBS脈沖壓縮的新型手段，實驗設計如圖1.2所示[19]。脈沖壓縮實驗中，I.Velchev等人采用波長532nm，脈沖寬度5ns，能量300mJ可調高斯光束，以水作為SBS介質。實驗采用二級SBS脈沖壓縮裝置，在一級壓縮后獲得300ps脈沖輸出，隨后在二級壓縮結構中，脈沖寬度進一步被壓縮，最終獲得160±10ps超短脈沖輸出，該值遠小于水中聲子壽命（τP=295ps）。實驗通過SBS瞬態(tài)理論模型及數(shù)值計算獲得脈沖壓縮最窄極限，證實通過SBS脈沖壓縮可在適當條件下獲得聲子壽命一半的脈沖寬度。圖1.2瞬態(tài)SBS脈沖壓縮實驗裝置圖（SHG:二次諧波產生階段；PBS:偏振片；QWP:四分之一波片；A:衰減片；C1,C2:布里淵壓縮池）

1]。實驗通過裝有SF6氣體介質的一級壓縮池后，獲得了脈沖寬度為350ps的Stokes脈沖，在后續(xù)二級壓縮過程中，選擇FC-72作為SBS壓縮介質，得到脈沖寬度為90ps的超短脈沖輸出，最后通過激光放大系統(tǒng)進一步壓縮，得到脈沖寬度僅為54ps的超短脈沖。實驗過程中，E.Takahashi等人采用較低能量（350μJ）便觀測到Stokes波形，并實現(xiàn)了60%左右的能量轉換效率以及0.63GW/cm2峰值功率輸出。2005年韓國S.K.Lee等人在四種具有不同非線性折射率和布里淵線寬的介質下，對比了SBS反射率隨多縱模與單縱模泵浦光變化的影響[22]。實驗設計結構如圖1.3所示，實驗表明，對于多縱模泵浦光，因其大量縱向模式之間產生高強度峰值，可能引起光學擊穿現(xiàn)象和非線性效應，如自聚焦和受激拉曼散射(SRS)。相反，單縱模泵浦光提供了穩(wěn)定的模式輸出，更高的反射率（90%）且不易產生自聚焦及SRS等效應。單縱模激光器較多縱模激光器效果更優(yōu)異，但成本及結構復雜程度往往也會大幅提高。圖1.3單，多縱模激光器基于SBS脈沖壓縮對比實驗裝置圖2006年日本H.Park等人發(fā)現(xiàn)了四種新型全氟碳(FC)化合物和六種全氟聚醚(PFPE)介質，并對新的SBS液體介質進行了反射率、閾值和布里淵頻移測量[23]。其中，大多數(shù)介質都表現(xiàn)了較好的SBS特性以及較高的能量負載，F(xiàn)C-77以及HT-70都可作為大功率激光脈沖壓縮放大介質。2007年日本H.Yoshida等人設計了一種由兩個直角棱鏡和熔融石英玻璃組成的緊湊型全固態(tài)SBS脈沖壓縮裝置[24]。實驗過程中，通過熔融石英作為SBS壓縮介質，

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于SBS超短脈沖激光器的介質研究[J]. 劉泓鑫,李永亮,顧小琨,胡偉偉,張翼鵬,張英明.  激光與紅外. 2019(04)
[2]皮秒激光的臨床應用經驗總結[J]. 嚴淑賢,盧忠.  中國激光醫(yī)學雜志. 2018(02)
[3]TC11鈦合金表面微凹坑織構皮秒激光加工工藝[J]. 華�？�,王成,郝靜文,陳亞林,解玄,符永宏.  表面技術. 2018(03)
[4]Generation of high-energy 284 ps laser pulse without tail modulation by stimulated Brillouin scattering[J]. 劉照虹,王雨雷,王一銳,遠航,白振旭,王紅麗,劉瑞,李森森,張恒康,周羅賢,譚談,何偉明,呂志偉.  Chinese Optics Letters. 2016(09)
[5]多波段紫外太瓦級CPA系統(tǒng)[J]. 令維軍,張少剛,李可,張明霞,王屹山,趙衛(wèi),王兆華,魏志義.  物理學報. 2011(11)
[6]熔融石英玻璃受激布里淵散射效應實驗研究[J]. 郭少鋒,林文雄,陸啟生,陳燧,林宗志,鄧少永,朱永祥.  物理學報. 2007(04)
[7]光學擊穿對受激布里淵散射特性的影響[J]. 哈斯烏力吉,呂志偉,何偉明,李強,巴德欣.  物理學報. 2005(12)
[8]介質化學純度影響受激布里淵散射的實驗研究[J]. 葛傳文,張為俊,王沛,邵杰,程平,聶勁松,汪震.  激光與光電子學進展. 2000(04)
[9]單池受激布里淵散射脈沖波形的研究[J]. 劉莉,呂志偉,何偉明,王騏,馬祖光.  中國激光. 2000(01)
[10]KrF激光在SF6氣體中受激布里淵散射的研究[J]. 湯秀章,姚剛,王孝君.  強激光與粒子束. 1995(02)

碩士論文
[1]全氟碳系列介質的SBS百皮秒脈沖壓縮及布里淵放大特性研究[D]. 趙航.哈爾濱工業(yè)大學 2015
[2]全氟胺系列介質的SBS百皮秒脈沖壓縮特性研究[D]. 成思勛.哈爾濱工業(yè)大學 2014
[3]SBS百皮秒脈沖壓縮特性的研究[D]. 王雪陽.哈爾濱工業(yè)大學 2013



本文編號：3436637