【摘要】：近期,基于啁啾脈沖放大技術的超短超強拍瓦級(1拍瓦=1015W)激光的發(fā)展受到了光柵有限口徑的限制,因此不得不采用光柵拼接技術。傳統光柵拼接的高拼接難度和低光學效果不利于拍瓦級激光裝置的研制。因此,我們提出了一種新型技術叫做物像光柵自拼接,該技術大大緩解了上述兩個問題。從目前來看物像光柵自拼接是解決拍瓦級激光壓縮器光柵尺寸不足的一個好辦法。由于物像光柵自拼接不存在前后位移拼接誤差,因此壓縮器輸出脈沖的脈寬抖動問題得到了解決,特別適合于飛秒拍瓦激光系統。針對需求,本文將開展物像光柵自拼接應用在拍瓦級激光裝置的預研工作,全面圍繞潛在應用問題、相應解決方案、小型驗證實驗、應用方案設計,以及輔助技術開發(fā)進行詳細研究。最終幫助解決拍瓦級激光裝置中壓縮器光柵尺寸不足問題,并助力實現前所未有的超短超強激光輸出。本論文的主要研究內容和創(chuàng)新點介紹如下：1)理論和實驗解決了物像光柵自拼接技術的拼接精度、拼接穩(wěn)定性和拼接基準監(jiān)測問題,開發(fā)了閉環(huán)自動控制系統實現了近理想拼接狀態(tài)的自動獲取和穩(wěn)定維持。a)建立了拼接光柵衍射光的電場分布模型,對傳統光柵拼接和物像光柵自拼接的拼接精度問題進行了理論分析。開展了傳統光柵拼接和物像光柵自拼接的穩(wěn)定性對比實驗,結果顯示物像光柵自拼接具有更高的穩(wěn)定性,對實驗結果利用統計學方法進行了理論解釋。開發(fā)了一套物像光柵自拼接閉環(huán)自動控制系統,獲得了近理想拼接狀態(tài)的快速自動獲取及長時間自動穩(wěn)定維持；b)針對物像光柵自拼接基準光柵(物光柵)的穩(wěn)定維持問題,提出了一種光柵三維角漂在線監(jiān)測方法。監(jiān)測對象包括全維度光柵角漂,監(jiān)測內容包括大小和方向,監(jiān)測精度可以達到方位角±0.5μrad,俯仰角±0.5μrad和面內角±1.67μrad。2)解決了物像光柵自拼接壓縮器中的零級衍射光問題和相關的色散修復問題,理論模擬了光譜調制問題和脈沖疊加問題。a)為了保證系統安全,沿光柵條紋方向傾斜壓縮器入射光以規(guī)避物像光柵自拼接中的零級衍射光進入放大器。但規(guī)避方法會造成系統色散畸變,針對釹玻璃皮秒拍瓦激光系統,提出了插入長度優(yōu)化光纖和修正壓縮器光柵對間距的三階色散補償方法。針對鈦寶石飛秒數拍瓦激光系統,得到了壓縮器傾斜入射有利于放大器材料色散補償的結論；b)模擬了鈦寶石寬帶激光系統中物像光柵自拼接壓縮器的光譜調制問題,以及釹玻璃大口徑激光系統中物像光柵自拼接壓縮器的脈沖疊加問題。模擬結果顯示光譜調制問題不會對壓縮脈沖產生明顯影響,脈沖疊加問題不會造成壓縮器光柵損壞。3)完成了物像光柵自拼接技術在啁啾脈沖放大系統中的首次實驗演示,針對十拍瓦激光系統提出了物像光柵自拼接壓縮器的設計方案,并提出了一種壓縮器輸出激光殘余角啁啾的測量方法。a)在小型光參量啁啾脈沖放大激光系統中實驗演示了物像光柵自拼接壓縮器的時空效果,在時間上獲得了1.5倍傅里葉轉換極限脈寬,在空間上獲得了1.9倍衍射極限焦斑。同時開展了與同等口徑無拼接光柵壓縮器的對比實驗,結果顯示兩組實驗的壓縮脈沖時空特性相一致；b)提出了一種物像光柵自拼接壓縮器在十拍瓦激光系統中的應用方案設計,完全基于商品化光柵,解決了壓縮器光柵尺寸不足的問題。此外采用分步式壓縮器結構,包括前級壓縮器和后級壓縮器,減小了壓縮器和真空系統的規(guī)模。色散修正器的引入提高了色散管理質量,降低了色散管理難度,同時可以實現系統輸出脈寬的方便調諧；c)為了確保拼接光柵壓縮器的效果,提出了一種殘余角啁啾精密測量方法。通過對輸出脈沖進行遠場焦斑分析,可以獲得殘余角啁啾數據。對于100mm口徑鈦寶石激光理論測量精度可以達到0.1μrad/nm。此外還可以實現單次測量和實時測量。
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN24

【共引文獻】

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3 徐露;於亮紅;儲玉喜;甘澤彪;梁曉燕;李儒新;徐至展;;Trends in ultrashort and ultrahigh power laser pulses based on optical parametric chirped pulse amplification[J];Chinese Physics B;2015年01期

4 母杰;王逍;景峰;李志林;程寧波;朱啟華;粟敬欽;張軍偉;周凱南;曾小明;;An accurate and stable method of array element tiling for high-power laser facilities[J];Chinese Physics B;2015年07期

5 李儒新;冷雨欣;徐至展;;超強超短激光及其應用新進展[J];物理;2015年08期

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本文編號：2799511