本文關鍵詞：非共線布里淵串行放大激光組束研究

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【摘要】：通過將多束激光進行功率合成的激光組束技術是近年來迅速發(fā)展起來實現(xiàn)高功率、高光束質(zhì)量和高可靠性激光輸出的有效方法,打破了傳統(tǒng)單路激光器發(fā)展的瓶頸�；谑芗げ祭餃Y散射(SBS)的串行激光組束技術,相較于其他組束技術更接近于用非相干組束的手段,卻能獲得物理上完全相干的單束激光輸出。具有各泵浦光之間彼此獨立,無需對其進行精確相位控制,系統(tǒng)穩(wěn)定性高、可擴展性強等優(yōu)點。本論文在對強信號布里淵放大和非共線布里淵放大進行詳細研究的基礎上,設計并搭建了非共線布里淵串行放大激光組束演示系統(tǒng),實現(xiàn)了多束激光功率合成為一路大能量激光脈沖輸出。首先從經(jīng)典SBS聲光耦合方程組出發(fā),推導建立了存在Stokes種子光受激布里淵散射的強信號布里淵放大理論模型。進而利用該模型就強信號布里淵放大中泵浦光注入對Stokes種子光受激布里淵散射的影響進行了理論模擬分析,得出了由于泵浦光存在而降低Stokes種子光SBS產(chǎn)生閾值的結(jié)論,并通過實驗對其進行了驗證。論文還通過改變Stokes種子光與泵浦光在介質(zhì)池中相遇的時間和相遇的角度,實驗研究了強信號布里淵放大中實驗條件改變對Stokes種子光受激布里淵散射的影響;通過改變SBS介質(zhì)的布里淵頻移、布里淵增益線寬和布里淵增益系數(shù),理論模擬了介質(zhì)參數(shù)變化對強信號布里淵放大中Stokes種子光受激布里淵散射的影響。其次,利用自制激光系統(tǒng)作為光源對不同角度的非共線強信號布里淵放大進行了實驗研究,得出了非共線強信號布里淵放大在小角度范圍內(nèi)(15°)不需要進行頻率匹配依舊保持高效的結(jié)論。論文還針對大角度非共線布里淵放大因頻率失諧導致效率下降問題進行了理論模擬分析,提出了通過控制Stokes種子光頻率與聲波頻率達到共振,實現(xiàn)非共線布里淵放大頻率匹配的解決方案并給出了實驗驗證。此外,還提出了一種簡單有效測量SBS介質(zhì)布里淵特性參數(shù)的新方法,對適合在激光串行組束中使用的全氟碳化合物系列介質(zhì)的布里淵頻移和布里淵增益線寬進行了測量,得到的測量結(jié)果可以給介質(zhì)選取提供參考。最后,在前面幾章的研究基礎上,對非共線布里淵串行放大激光組束演示系統(tǒng)進行了分模塊化設計和搭建。其中,單縱模脈沖激光振蕩-放大模塊中采用復合腔選單縱模技術,利用傳輸矩陣方法對其進行了參數(shù)設計,使用Solid Works三維制圖軟件對其進行了結(jié)構設計;多路激光脈沖并行放大模塊中采用雙程放大模式,通過增益模擬設計確定了Nd:YAG激光放大棒的規(guī)格參數(shù),通過脈沖激光電源模擬設計確定了儲能放電系統(tǒng)的規(guī)格參數(shù);非共線布里淵串行放大功率合成模塊中,通過結(jié)構排布設計確定了Stokes種子光與各路泵浦光在介質(zhì)池內(nèi)的相遇方式。在各模塊設計搭建的基礎上進行了聯(lián)合調(diào)試,最終實現(xiàn)了Stokes種子光對5路泵泵浦光進行功率合成,獲得了重復頻率為1Hz,脈沖寬度為10.6ns,能量為2.96J的組束能量輸出,能量提取效率為0.71,組束效率達到0.78。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN24

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