基于釹玻璃寬帶脈沖激光放大模型,采用數(shù)值模擬的方法,研究了釹玻璃放大器對(duì)不同輸入光通量、不同脈寬以及不同帶寬（或波長(zhǎng)分布）脈沖激光放大的能量提取效率。計(jì)算結(jié)果表明,釹玻璃寬帶放大能量提取效率隨著輸入光通量的增加而提高,并最終趨于某一定值。對(duì)于以均勻加寬為主的介質(zhì),隨著帶寬的增加,能量提取效率逐漸下降;對(duì)于以非均勻加寬為主的介質(zhì),隨著帶寬的增加,能量提取效率先逐漸升高,達(dá)到最大值后開始下降。對(duì)于均勻加寬與非均勻加寬線寬比為0.1的混合加寬介質(zhì),在飽和通量輸入條件下,使用寬帶激光能夠帶來大約80%的效率提升。 

【文章來源】：強(qiáng)激光與粒子束. 2019,31(11)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

圖１釹玻璃的譜線加寬機(jī)制Ｆｉｇ．１Ｓｐｅｃｔｒａｌｌｉｎｅｂｒｏａｄｅｎｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｎｅｏｄｙｍｉｕｍｇｌａｓｓ

提取效率。小信號(hào)脈沖輸入時(shí)（輸入脈沖能量密度Ｅｉｎ＝０．０１Ｅｓ），由于受激發(fā)射與激勵(lì)光通量成正比，輸出脈沖能量密度隨釹玻璃棒長(zhǎng)度指數(shù)增長(zhǎng)，如圖２（ａ）所示；飽和能量密度輸入時(shí)（輸入脈沖能量密度Ｅｉｎ＝Ｅｓ），激勵(lì)光信號(hào)能夠耗盡反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度，放大器出現(xiàn)飽和效應(yīng)，輸出脈沖能量密度隨釹玻璃棒長(zhǎng)度線性增長(zhǎng)，如圖２（ｂ）所示。Ｆｉｇ．２Ｏｕｔｐｕｔｅｎｅｒｇｙｄｅｎｓｉｔｙｖａｒｉｅｓｗｉｔｈｇａｉｎｍｅｄｉｕｍｌｅｎｇｔｈ圖２輸出能量密度隨增益介質(zhì)長(zhǎng)度的變化釹玻璃對(duì)窄帶激光放大的能量提取效率與輸入脈沖能量密度的關(guān)系如圖３所示。隨著輸入脈沖能量密度的增加，有更多的上能級(jí)粒子受激發(fā)射，能量提取效率逐漸提高，但當(dāng)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)能被輸入脈沖基本耗盡時(shí)，就無法再通過增加輸入脈沖能量密度來提升能量提取效率了。從圖３中還可以看到，能量提取效率還與放大介質(zhì)的加寬特性有關(guān)。對(duì)于混合加寬介質(zhì)，非均勻加寬所占比重越大，即Δνｈ／Δνｉｈ的值越小，放大器的能量提取效率越低，因?yàn)榉蔷鶆蚣訉捤急戎卦黾右馕吨懈嗟拟S離子處于其他不能被輸入窄帶激光提取的格位狀態(tài)。圖４進(jìn)一步給出了能量提取效率隨脈寬的變化。可以看出，輸入脈沖激光的脈寬對(duì)釹玻璃激光放大能量提取效率的影響非常小，當(dāng)脈寬Ｔ＞１ｎｓ后，能量提取效率基本不再變化。這是因?yàn)橛绊戔S玻璃脈沖放大能量提取效率的是輸入脈沖光通量而非輸入脈沖光強(qiáng)。Ｆｉｇ．３Ｅｎｅｒｇｙｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｖａｒｉｅｓｗｉｔｈｉｎｐｕｔｌｕｍｉ

勵(lì)光通量成正比，輸出脈沖能量密度隨釹玻璃棒長(zhǎng)度指數(shù)增長(zhǎng)，如圖２（ａ）所示；飽和能量密度輸入時(shí)（輸入脈沖能量密度Ｅｉｎ＝Ｅｓ），激勵(lì)光信號(hào)能夠耗盡反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度，放大器出現(xiàn)飽和效應(yīng)，輸出脈沖能量密度隨釹玻璃棒長(zhǎng)度線性增長(zhǎng)，如圖２（ｂ）所示。Ｆｉｇ．２Ｏｕｔｐｕｔｅｎｅｒｇｙｄｅｎｓｉｔｙｖａｒｉｅｓｗｉｔｈｇａｉｎｍｅｄｉｕｍｌｅｎｇｔｈ圖２輸出能量密度隨增益介質(zhì)長(zhǎng)度的變化釹玻璃對(duì)窄帶激光放大的能量提取效率與輸入脈沖能量密度的關(guān)系如圖３所示。隨著輸入脈沖能量密度的增加，有更多的上能級(jí)粒子受激發(fā)射，能量提取效率逐漸提高，但當(dāng)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)能被輸入脈沖基本耗盡時(shí)，就無法再通過增加輸入脈沖能量密度來提升能量提取效率了。從圖３中還可以看到，能量提取效率還與放大介質(zhì)的加寬特性有關(guān)。對(duì)于混合加寬介質(zhì)，非均勻加寬所占比重越大，即Δνｈ／Δνｉｈ的值越小，放大器的能量提取效率越低，因?yàn)榉蔷鶆蚣訉捤急戎卦黾右馕吨懈嗟拟S離子處于其他不能被輸入窄帶激光提取的格位狀態(tài)。圖４進(jìn)一步給出了能量提取效率隨脈寬的變化。可以看出，輸入脈沖激光的脈寬對(duì)釹玻璃激光放大能量提取效率的影響非常小，當(dāng)脈寬Ｔ＞１ｎｓ后，能量提取效率基本不再變化。這是因?yàn)橛绊戔S玻璃脈沖放大能量提取效率的是輸入脈沖光通量而非輸入脈沖光強(qiáng)。Ｆｉｇ．３Ｅｎｅｒｇｙｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｖａｒｉｅｓｗｉｔｈｉｎｐｕｔｌｕｍｉｎｏｕｓｆｌｕｘ圖３能量提取效率隨輸入光通量的變化Ｆｉｇ．４Ｅｎｅｒｇｙｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｅｆ


本文編號(hào)：3053382