本文關(guān)鍵詞：高功率飛秒鈦寶石激光放大系統(tǒng)中時(shí)間質(zhì)量特性的研究　出處：《中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：高功率超短超強(qiáng)激光在生物、化學(xué)、物理學(xué)特別是強(qiáng)場(chǎng)物理學(xué)等研究領(lǐng)域一直都有著廣泛應(yīng)用,近年來在工業(yè)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域諸如精細(xì)加工、表面處理、材料改性、成像診斷等方向也發(fā)揮著越來越重要的作用。而脈沖時(shí)間質(zhì)量特性是高功率超快激光系統(tǒng)的核心指標(biāo),主要包括兩個(gè)方面:一是激光脈沖的對(duì)比度問題,時(shí)間對(duì)比度的高低左右了高能量激光脈沖與物質(zhì)相互作用的過程;二是激光脈沖的輸出脈寬問題,在經(jīng)過一系列放大過程后仍能夠保持極短脈沖寬度輸出是提高激光最終輸出峰值功率的關(guān)鍵。本文圍繞高功率超快激光系統(tǒng)中時(shí)間對(duì)比度提升及輸出脈寬壓縮這兩個(gè)核心問題,針對(duì)性的進(jìn)行了技術(shù)探索和研究,主要的研究?jī)?nèi)容與創(chuàng)新性成果如下:1.針對(duì)啁啾脈沖放大(Chirped Pulse Amplification,CPA)中的色散管理問題,本文對(duì)于各階色散的產(chǎn)生以及對(duì)激光脈沖寬度的影響進(jìn)行了理論分析,對(duì)常用的展寬器結(jié)構(gòu)(包括材料色散展寬器,棱鏡對(duì)展寬器,Martinez型展寬器,Offner型展寬器等)和壓縮器結(jié)構(gòu)(包括棱鏡對(duì)壓縮器,光柵對(duì)壓縮器)進(jìn)行了詳細(xì)的系統(tǒng)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì),同時(shí)給出了相應(yīng)的光路調(diào)節(jié)方法。介紹了可編程聲光色散濾波器(acoustic-optic programmable dispersive filter,AOPDF)原理和使用方法。對(duì)于CPA內(nèi)展寬器與壓縮器之間的匹配問題,進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析和模擬計(jì)算,給出了一套實(shí)用的設(shè)計(jì)和評(píng)估方法。為解決啁CPA系統(tǒng)中色散控制問題提供了理論和實(shí)踐指導(dǎo)。2.設(shè)計(jì)并建立了基于交叉偏振波技術(shù)(Cross-Polarized Wave Generation,XPW)進(jìn)行對(duì)比度提升及光譜展寬的高功率超快激光系統(tǒng)。該激光系統(tǒng)采用雙啁啾脈沖放大(DCPA)結(jié)構(gòu),對(duì)第一級(jí)CPA進(jìn)行了抑制熱透鏡的腔型設(shè)計(jì),利用可編程的聲光色散濾波器進(jìn)行再生放大器內(nèi)的精確色散控制,以20%的輸出效率得到了光譜半高全寬達(dá)70nm的高對(duì)比度種子脈沖;第二級(jí)CPA提供了10Hz和1Hz兩種重復(fù)頻率的可切換輸出設(shè)計(jì),在10Hz輸出狀態(tài)下得到了40mJ,18.9fs的超短脈沖輸出,對(duì)比度達(dá)到109。在1Hz輸出狀態(tài)下得到了400mJ,20fs的脈沖輸出,并給出了后續(xù)能量提升的光路設(shè)計(jì)和真空壓縮方案。3.對(duì)驅(qū)動(dòng)脈沖影響XPW輸出脈沖特性的問題進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)探究。首先通過理論計(jì)算分析了驅(qū)動(dòng)脈沖的脈沖寬度和線性啁啾量如何對(duì)XPW的脈沖寬度和線性啁啾產(chǎn)生影響,以及這種相關(guān)程度在不同條件下的差異性。接著我們使用了中心波長(zhǎng)800nm、脈沖能量1.4mJ、重復(fù)頻率1kHz的飛秒鈦寶石激光進(jìn)行XPW實(shí)驗(yàn),并借助可編程的聲光色散濾波器人為引入可控的二階色散,以驗(yàn)證理論計(jì)算結(jié)果的正確性。此外我們發(fā)現(xiàn)在飽和功率密度條件下,XPW的光譜展寬大于驅(qū)動(dòng)脈沖光譜寬度√3倍,同時(shí)經(jīng)過壓縮后能夠獲得小于入射脈寬的1/√3的輸出脈寬;當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈沖引入符號(hào)相反的等量線性啁啾時(shí),所產(chǎn)生的XPW信號(hào)的輸出特性具有明顯差異。針對(duì)這些理論計(jì)算沒有反映出的現(xiàn)象進(jìn)行了詳細(xì)的分析和解釋。4.分析和研究了CPA系統(tǒng)中的增益窄化現(xiàn)象進(jìn)行了分析和研究,并利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件,基于自己搭建的飛秒鈦寶石再生放大器進(jìn)行了增益窄化抑制的實(shí)驗(yàn),將放大脈沖的光譜半高寬度由30nm拓展至60nm,將輸出脈沖的傅里葉轉(zhuǎn)化極限脈寬由31fs降低至16fs,大大提高了后續(xù)放大得到超短超強(qiáng)激光脈沖的潛力。
[Abstract]:In order to solve the problem of dispersion management in high - power ultra - fast laser system , this paper gives a detailed systematic analysis and optimization design of high - power ultra - fast laser system . The main research contents and innovative results are as follows : 1 . To solve the problem of dispersion control in high - power ultra - fast laser system , this paper presents a practical design and evaluation method . In addition , we found that the spectral broadening of XPW is larger than the driving pulse spectral width 鈭，

本文編號(hào)：1357667