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受激布里渊散射脉冲压缩装置的实验研究

作　者: 张岩
导　师: 戴振文
学　校: 吉林大学
专　业: 光学
关键词: 受激布里渊散射脉冲压缩相位共轭相位跃迁
分类号: O437.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

受激布里渊散射效应在水下探测、激光脉冲整形、光纤传感器等领域有广泛的应用。其中,由于人们对高质量的激光的追求,受激布里渊散射成为人们重要的研究课题。受激布里渊散射可以对激光脉冲进行压缩,这能够保证压缩后的脉冲与泵浦光相比：频移量小、相位共轭、能量转换效率高。因此,利用受激布里渊散射进行脉冲压缩,在满足激光功率的基础上,还能有效地补偿激光穿越工作物质和光学元件带来的光束相位畸变,保证了光束质量与泵浦光束质量相当。受激布里渊散射效应中,相位共轭现象和脉宽压缩现象是相互伴随的,因此在对输出脉冲进行压缩的同时,还能够调整光束质量,从而获得高功率、窄脉冲、光强空间分布均匀的优质激光。所以,受激布里渊散射成为获得短脉冲激光的有效方法。受激布里渊散射是一种受激散射。它是光在介质中发生的非线性光学现象。在介质中的激光,由于激光本身的高强度及良好的相干性的特性,使得产生于介质自发随机涨落过程中的散射光能够与后续入射光相互发生干涉,这种干涉又与介质发生耦合,从而使脉冲涨落中的某些分量得到加强,最终散射光的强度大大增强,形成了与入射光强度相当的散射光。散射光具有与入射泵浦光相位共轭的特性,同时,脉冲宽度经泵浦能量抽运效应后也得到压缩。为了获得脉冲较短的激光脉冲,同时要保证脉冲波形的质量以及较高的能量反射率,避免放大池中的光学击穿,确保装置的安全工作,需要选择合理的方案来搭建脉冲压缩装置,并且要使用合适的配件参数；同时,也要研究相位跃迁、脉冲宽度及能量反射率随泵浦光能量的变化规律,以便于获得形状好、能量反射率高、脉宽短的激光。基于以上原因,本文主要从两方面研究各种参数对脉冲压缩的影响：搭建方案选择与装置参数确定部分,实验研究及分析部分。在搭建方案选择与装置参数确定部分中,我们介绍了几种激光脉冲压缩装置,并分析了各种脉冲压缩装置的构造原理及优缺点,如：早期的单池结构的脉冲压缩装置、能压缩皮秒级脉冲的多池脉冲压缩装置等。根据实验室的条件及要求,我们决定采用双池脉冲压缩装置作为我们的方案,并在原实验装置的基础上进行了适当改进。我们通过理论分析及计算,分析装置中透镜焦距、介质、双池长度对脉冲压缩的影响。最终设计了以水为介质,放大池长度为150 cm,产生池长为30 cm,凸透镜焦距为12.5 cm,无扩束镜片组的双池脉冲压缩装置。在装置的搭建过程中,我们详细介绍了装置搭建的步骤,并总结出比较简便的搭建方法。在实验研究中,我们利用波长为532 nm的Nd：YAG种子注入调Q激光器进行了一系列实验,并分别将结果在透镜焦距为12.5 cm和25.0 cm的脉冲压缩装置中进行比较。实验中观察到,随着泵浦激光能量提升,压缩脉冲中出现了相位跃迁现象,由于泵浦光能量不断增强,能量密度很高的斯托克斯光激发了介质中产生了能量随着泵浦光增加的二阶斯托克斯光,当二阶斯托克斯光能量达到斯托克斯光的产生阈值时就会产生三阶背向散射斯托克斯光,此时就会在压缩脉冲的尾部发生相位跃迁。并通过对比发现,长焦距的脉冲压缩装置中,相位跃迁的产生阈值更高。实验还分析了泵浦能量及凸透镜焦距对脉冲压缩及能量反射率的影响。短焦距的装置可以降低受激布里渊散射的产生阈值,激发出能量较高的斯托克斯种子光；高能量的泵浦光在能量抽空后,可以促使斯托克斯种子光成长率较高,脉冲压缩装置在高能量短焦距下的脉冲压缩效果更加明显。对于反射率来说,当泵浦光能量超过受激布里渊散射的产生阈值后,压缩脉冲的能量会随泵浦光能量的增加明显增加。短焦距的脉冲压缩装置由于产生的斯托克斯种子光成长率较高,所以也可以获得更高的能量反射率。本文是对受激布里渊散射的脉冲压缩装置的实验研究结果,可为装置的优化设计以及搭建提供学术参考。

受激布里渊散射脉冲压缩装置的实验研究

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