用于高功率激光的双脉冲双向环形激光放大技术研究

论文摘要

高功率激光装置在等离子体物理、实验室天体物理以及惯性约束核聚变等领域中具有重要的应用。以多程放大技术为代表的第二代高功率激光装置体积庞大,造价昂贵,通常具有如下特征:方光束、单口径、单脉冲、单向传输。多程激光放大器有限的放大程数限制了其增益与储能提取效率,因此会使用复杂而昂贵的预放大系统以弥补多程激光放大器有限的增益;同时,多程激光放大器中的激光脉冲也需要在较高通量的情况下运行,以获得较高的储能提取效率,这又容易导致激光装置中光学器件的损伤。本论文提出了双脉冲双向环形激光放大器,相比多程激光放大器,双脉冲双向环形激光放大器利用两束脉冲在放大器内同时以不同方向传输,提高光路中的等效通量,以较低的通量获得较高的储能提取效率,这有利于提高高功率激光装置的稳定性与安全性,降低装置的运维成本和建造成本。同时本论文利用双脉冲双向环形激光放大器结合狭缝空间滤波器进行了光场特性分析。最后本文搭建了双脉冲双向环形激光放大器的演示实验平台,通过实验验证了双脉冲双向环形激光放大器可以以较低的通量获得较高的储能提取效率。本论文主要取得了以下研究进展和结果:1.提出了近场注入型与远场注入型双脉冲双向环形激光放大构型。对几种放大构型的工作原理与像传递关系进行了详细的描述和对比分析,并对其等离子体电极普克尔盒的工作时序进行了简要的阐述。2.结合速率方程与多程放大理论,建立了双脉冲放大的理论模型,并提出了一种相比传统逆算方法更加简单的脉冲时间波形畸变预补偿方法。通过上述理论模型对近场注入型与远场注入型的双脉冲双向环形激光放大器进行了模拟仿真,详细地分析了其能流变化情况、脉冲时间波形畸变的预补偿以及片数配置的最优方案。3.利用光传输和透镜变换理论,构建了大口径光场分析模型。利用该模型对双脉冲双向环形激光放大器的传输过程与光场特性变化进行了分析。并结合狭缝空间滤波器,进行了模拟分析。结果表明狭缝空间滤波器可以实现与小孔滤波器一致的滤波效果,为未来高功率激光装置的设计提供了一定的理论依据和指导。4.搭建了双脉冲双向环形激光放大器的演示实验平台。利用该实验平台进行了双脉冲双向环形放大实验,实验结果表明双脉冲双向环形激光放大器可以将储能提取效率最大提高87%。同时利用所建立的双脉冲放大理论模型进行对比分析,理论和实验结果较为吻合,验证了理论模型的准确性。本论文的研究结果为设计更加实用可靠、成本低廉的新一代高功率激光装置提供了一个新的思路。

论文目录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 虞天成

导师: 袁孝

关键词: 激光放大,脉冲激光,储能提取效率

来源: 苏州大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,无线电电子学

单位: 苏州大学

分类号: TN24;TN722.32

DOI: 10.27351/d.cnki.gszhu.2019.000453

总页数: 174

文件大小: 15878K

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