高重頻大能量的亞納秒脈沖激光在多普勒激光測風(fēng)雷達、空間碎片激光雷達探測、湯姆遜散射診斷、醫(yī)學(xué)激光美容等領(lǐng)域有著重要而廣泛的應(yīng)用。受激布里淵散射（SBS）是一種將納秒長脈沖壓縮至亞納秒脈沖的簡單高效的脈寬壓縮技術(shù),該技術(shù)與主振蕩功率放大（MOPA）技術(shù)結(jié)合可以解決激光器在高重頻、大能量、亞納秒脈沖和高效率參數(shù)方面難以同時兼顧的問題。然而,目前SBS脈沖壓縮的工作重復(fù)頻率局限于200 Hz以下。為了獲得k Hz級的亞納秒脈沖,本論文對高重頻SBS脈沖壓縮中存在的關(guān)鍵問題開展了系統(tǒng)的實驗研究。論文回顧了高重頻大能量亞納秒脈沖激光器的研究概況,詳細闡述了SBS脈沖壓縮介質(zhì)、壓縮結(jié)構(gòu)及工作重復(fù)頻率的研究現(xiàn)狀,并分析了限制SBS脈沖壓縮重復(fù)頻率提高的問題及原因。首先,闡述了脈沖壓縮技術(shù)的基本理論�？紤]泵浦光場的橫向空間分布影響,建立了描述空間二維SBS脈沖壓縮過程的瞬態(tài)理論數(shù)值模型。并建立了考慮介質(zhì)的電致伸縮效應(yīng)和熱效應(yīng)過程的受激熱布里淵散射（STBS）理論模型和求解介質(zhì)中溫度場分布的重復(fù)頻率脈沖激光加熱介質(zhì)的三維溫度場模型。其次,SBS壓縮空間橫截面上非均勻脈寬分布的主要原因是泵浦光束的高斯強度... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

ZhenxuBai等人的實驗裝置圖[43]

第1章緒論-5-功率，峰值功率達到了48.3MW。圖1-4ZhenxuBai等人的實驗裝置圖[43]Fig.1-4ExperimentalsetupofXhenxuBai[43]2018年，中國科學(xué)院光電研究院的樊仲維等人[19]利用MOPA放大結(jié)構(gòu)和SBS相位共軛鏡（Stimulated-Brillouin-scatteringPhase-conjugateMirror，SBS-PCM），如圖1-5所示，獲得了重復(fù)頻率500Hz，單脈沖能量1.1J，脈寬10ns的激光輸出。通過將SBS-PCM的雜質(zhì)顆粒尺寸控制在40nm以下，采用封閉型SBS-PCM大大提高了其熱負荷能力，實現(xiàn)了高達92％的SBS能量反射率，并且沒有出現(xiàn)光學(xué)擊穿現(xiàn)象。圖1-5樊仲維等人的實驗裝置圖[19]Fig.1-5ExperimentalsetupofZhongweiFan[19]綜上所述，窄脈寬大能量激光器的重復(fù)頻率較低，而高重復(fù)頻率亞納秒激光器的單脈沖能量又較低，同時兼?zhèn)涓咧貜?fù)頻率、大能量和亞納秒脈沖這三個參數(shù)的單縱模激光器不容易實現(xiàn)。二極管泵浦的MOPA放大技術(shù)很容易獲得高重頻納秒脈沖激光，而基于

池或錐形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)、緊湊雙池結(jié)構(gòu)、獨立雙池結(jié)構(gòu)等。最早應(yīng)用于SBS脈沖壓縮的結(jié)構(gòu)為聚焦單池結(jié)構(gòu)，也是最簡單的SBS壓縮結(jié)構(gòu)�；贔C-75液體介質(zhì)，日本大阪大學(xué)的ViliamKmetik等研究人員[39]采用單池壓縮結(jié)構(gòu)，如圖1-1所示。SBS能量效率為94%，系統(tǒng)總能量效率為87%。為了提高SBS脈沖壓縮的注入能量，采用緊湊雙池結(jié)構(gòu)可以獲得更短的壓縮脈沖。泵浦光穿過放大池后，通過一個短焦距透鏡聚焦到產(chǎn)生池中，可以通過調(diào)節(jié)聚焦透鏡的焦距和介質(zhì)池長度優(yōu)化SBS脈沖壓縮。日本大阪大學(xué)的H.Yoshida等研究人員[11]采用的緊湊雙池結(jié)構(gòu)如圖1-6所示，把13ns的脈沖激光壓縮至160ps，壓縮脈沖的亮度是注入激光的65倍。當注入能量為1J時SBS能量轉(zhuǎn)化效率大于80%。證明了FC-40液體是一種產(chǎn)生短脈沖的有效壓縮介質(zhì)，及緊湊雙池結(jié)構(gòu)是一種壓縮性能良好的壓縮結(jié)構(gòu)。文中采用一個大尺寸光電管測量了覆蓋整個光束直徑的時域分布。壓縮脈沖的下降時間較緩慢，這是由于光束空間邊緣的光功率強度降低所致。抽運光束（如高斯空間模式）僅在光束中心附近被高度壓縮，而在光束邊緣位置的壓縮效果則要小得多。指出當SBS壓縮過程在100mW/cm2左右達到飽和狀態(tài)時，會抑制空間光束分布的脈寬變化，但是沒有詳細研究SBS空間脈寬的變化趨勢。圖1-6緊湊雙池SBS脈沖壓縮結(jié)構(gòu)示意圖[11]Fig.1-6Setupofcompacttwo-cellSBSpulsecompression[11]

【參考文獻】：
期刊論文
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[2]200 Hz高重復(fù)頻率SBS脈寬壓縮實驗研究[J]. 康治軍,張鴻博,閆曉超,郎野,白振岙,樊仲維.  中國光學(xué). 2018(05)
[3]比較皮秒與納秒Q開關(guān)翠綠寶石激光治療褐青色痣的研究——一項長期的隨機單盲半臉對照試驗[J]. 張振,于文友,徐慧,林曉曦.  中國激光醫(yī)學(xué)雜志. 2018(02)
[4]Diode-pumped power scalable Kerr-lens mode-locked Yb:CYA laser[J]. WENLONG TIAN,YINGNAN PENG,ZIYUE ZHANG,ZIJIAO YU,JIANGFENG ZHU,XIAODONG XU,ZHIYI WEI.  Photonics Research. 2018(02)
[5]相位共軛鏡在激光器中的應(yīng)用[J]. 程玉梅.  科技創(chuàng)新導(dǎo)報. 2017(35)
[6]31kW窄線寬線偏振納秒全光纖激光器[J]. 李川,韓一平,趙文娟.  中國激光. 2018(04)
[7]天宮一號飛行器失效后激光測距實驗分析[J]. 孫明國,高鵬騏,李振偉,孫建南,董雪,趙有.  科學(xué)通報. 2017(24)
[8]用于空間碎片探測的百赫茲3.31 J高光束質(zhì)量全固態(tài)Nd:YAG激光器[J]. 樊仲維,邱基斯,唐熊忻,白振岙,康治軍,葛文琦,王昊成,劉昊,劉悅亮.  物理學(xué)報. 2017(05)
[9]Compact optoelectronic oscillator based on a Fabry-Perot resonant electro-optic modulator[J]. 戴鍵,戴一堂,尹飛飛,周月,李建強,樊宇婷,徐坤.  Chinese Optics Letters. 2016(11)
[10]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)

博士論文
[1]基于主動頻率匹配SBS的百皮秒激光脈沖放大技術(shù)研究[D]. 遠航.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2018

碩士論文
[1]受激布里淵散射波前畸變校正技術(shù)研究[D]. 陳明莎.西安理工大學(xué) 2018
[2]激光加熱Al2O3陶瓷溫度場特性研究[D]. 耿鷹鴿.西安建筑科技大學(xué) 2017
[3]全氟碳系列介質(zhì)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(xué) 2015
[4]百皮秒激光脈沖布里淵放大時域特性研究[D]. 趙朋華.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[5]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(xué) 2013
[6]基于SBS脈沖壓縮產(chǎn)生百皮秒脈沖及尾部調(diào)制抑制的研究[D]. 張昀.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2012
[7]SBS百皮秒脈沖壓縮介質(zhì)研究[D]. 仲召明.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2012
[8]基于短壽命介質(zhì)SBS短脈沖壓縮的研究[D]. 李杏.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2011
[9]重復(fù)頻率受激布里淵散射光束波前畸變補償?shù)难芯縖D]. 李勇.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2008



本文編號：3592599