抽运光参数对受激布里渊散射的影响

受激布里渊散射（SBS）系统中,具有一定带宽的抽运激光中会含有一定比例的Stokes散射光成分，此Stokes散射光成分经SBS介质后表面反射后，将形成种子光与抽运光联合入射，构成自种子光式SBS放大器.通过数值求解此SBS放大器型耦合波方程组，探讨了抽运光脉冲中所含Stokes散射光成分的比例、抽运激光波长、抽运光能量大小、入射的聚焦高斯光脉冲脉宽、相互作用时间等激光参数对SBS特征参数（Stokes散射光脉冲波形、材料内部最大应力的时间演化及空间分布、脉宽压缩效果、能量提取效率及Stokes散射光的共轭保真度）的影响.同时发现，SBS过程中产生的超声应力不仅会对SBS介质前表面造成破坏，还可能对焦点附近造成破坏；调整各激光参数还会使焦点附近优于前表面先破坏.数值模拟中采用的抽运光是聚焦高斯光束. 关键词： 受激布里渊散射 斯托克斯散射光 冲击应力 能量反射率     

不同材料的受激布里渊散射特性

 采用波长为1.064, 0.532 μm的聚焦高斯光束作为泵浦光，数值求解受激布里渊散射（Stimulated Brillouin Scattering, SBS）放大器型耦合波方程组，比较K9玻璃、熔石英、BK7玻璃、CaF₂的SBS特征参数。研究发现：对于相同的激光参数，不同的介质具有不同的SBS特征，声子寿命长则破坏阈值低，破坏效果明显。SBS过程对CaF₂的破坏效果较明显，导致了介质前表面的破坏，在一定的激光参数和聚焦参数下，焦点附近优先于前表面破坏。SBS过程可以得到脉宽压缩比大于10、强度比泵浦光峰值高5倍以上的Stokes散射光脉冲。相同激光参数下，不同材料压缩效果及散射光相位共轭保真度不同，CaF₂在低泵浦能量时脉宽压缩特性较好；高泵浦能量时，相位共轭保真度较好。固体透明光学材料中可获得大于95%的能量提取效率。     

光学透明材料中瞬态SBS过程的数值研究

建立了描述噪声起振和Stokes种子光辅助起振的SBS（受激布里渊散射）理论模型，利用变步长有限差分方法数值求解了一维瞬态后向SBS耦合波方程组，得到了抽运光和散射光光强以及介质密度变化量的时空分布；研究了Stokes激光场对SBS反射率以及发生阈值的影响，发现Stokes种子光的存在大大减短了SBS过程的起振时间，并且在抽运光脉冲宽度固定的情况下使SBS的发生阈值大幅度降低；最后，探讨了瞬态受激布里渊过程对光学材料破坏的可能性并对今后的工作进行了展望. 关键词： 光学透明材料 受激布里渊散射 斯托克斯种子光 反射率     

双谐激光场作用下SBS过程诱导的光学材料破坏

 提出了光学 力学相干耦合的概念，采用非线性光学的耦合波理论，建立了高功率激光辐照下透明光学材料中相干声波的产生、演化的动力学模型。探讨了在泵浦激光场和Stokes激光场共同作用下受激布里渊过程对光学材料破坏的可能性，计算了稳态情况下激光场在材料内部激发出的应力幅度，结合弹性力学，建立了透明光学材料的相干破坏阈值理论，研究了破坏阈值与Stokes光强的关系，发现在稳态下破坏阈值对Stokes光强并不敏感。分析了在实际情况下一些因素对材料破坏的影响。     

后向受激布里渊散射诱导的光学材料破坏机理研究

 区别于传统的受激布里渊散射(SBS)发生器和放大器，提出了一种新型的SBS模型：自供种子光模型 (self Stokes seeding，SSS)。数值求解了SBS耦合波方程组，得到了SBS诱导应力的时空分布。基于SSS建立了高功率激光辐照下光学材料破坏阈值的计算模型，研究了SBS破坏阈值与激光脉宽以及作用区长度的关系。研究发现，SBS作为一种破坏机制，表现为前表面破坏，且破坏阈值与激光脉宽以及作用区长度均成反比。     

光学材料的激光损伤形态研究

 提出了破坏形态因子的概念并以高功率连续激光作用下的光学材料的热力学响应为例，通过积分变换的方法给出激光作用期间温度场和应力场的解析形式，继而得到破坏形态因子的表达式及其简化形式，研究破坏形态因子与材料性质、激光参数的关系，从而预言特定的材料在特定的激光作用下的破坏形态。     

KrF激光受激布里渊散射反射率稳定性的研究

实验研究发现抽运功率密度（或抽运能量）的波动引起的受激布里渊散射(SBS)反射率的不稳定程度受实验参数（抽运能量、介质气压和透镜焦距）的影响.当抽运能量、介质气压和透镜焦距这三个参数同时满足下列条件时可以获得稳定的输出：抽运能量超过5倍的SBS阈值，介质气压在16×105Pa和透镜焦距在15—50cm的范围内；同时还发现当改变实验参数时SBS反射率与稳定性的变化规律完全一致，反射率越高稳定性越好.通过理论分析得到 SBS反射率的相对稳定度实际上是受GIL因子的影响，理论计算与实验符合得很好. 关键词： KrF激光 受激布里渊散射 反射率 稳定度     

超热相干汤姆逊散射实验研究取得进展

在神光III原型装置上,利用8束三倍频（351.0 nm）激光注入充气黑腔产生大尺度高温等离子体并激发高水平受激布里渊散射（SBS）过程。利用1束四倍频（263.3 nm）探针束和1套广角汤姆逊散射诊断系统,获得了三倍频激光SBS过程驱动的离子声波的超热相干汤姆逊散射（STS）光谱。通过对STS光谱和背向SBS光谱进行联合分析,揭示了SBS的时空演化过程。     

基于SBS效应激光波长对光学材料损伤的影响

从耦合波理论出发,采用纵向受激布里渊散射(SBS)模型,通过时域有限差分法数值求解了瞬态SBS耦合波方程组,得到了泵浦光、Stokes光强度及声波产生应力随时间的分布;研究了在三种常见波长激光(基频、倍频和三倍频)作用下SBS效应的发展过程及其对光学材料损伤过程的影响。结果表明:种子光作用主要体现在SBS起振阶段,一旦进入稳态阶段,Stokes光强及应力发展的最大值、稳态值依赖于泵浦光的大小;在相同脉冲宽度下,激光波长越短,SBS发生越早,发展越快,更易造成光学元件的力学损伤;三倍频激光产生最大应力为基频光产生最大应力的100倍,且相比于倍频激光,产生最大应力的时刻要提前15ns。     

光学材料连续波激光热—力破坏效应

着重研究连续波激光对光学窗口材料的热－力破坏，由于激光对光学材料的不均匀加热，造成材料内部产生热应力，而加热的进一步发展，可诱发材料宏观破坏，热－力破坏与激光辐照功率和材料本身热性质有关。文中还研究了玻璃钢化对材料抗激光损伤的影响。     

利用受激布里渊散射获得皮秒激光脉冲

 采用两级布里渊结构压缩8ns的Nd：YAG激光，研究了基频光和倍频光的受激布里渊散射（SBS）压缩过程。实验中采用四氯化碳作为SBS介质，经第一级双池SBS压缩后，获得了1.5ns左右的Stokes 脉冲；第二级采用单池SBS压缩，分别使用基频光和倍频光作为泵浦光，获得了最短为60ps 的Stokes脉冲。实验证明，在一定条件下，利用SBS压缩脉宽可以获得比介质的声子寿命更短的脉冲。     

基于光纤中SBS相位共轭的自调Q光纤激光器

分析了利用光纤中的受激布里渊散射(stimulated Brillouin scattering,SBS)相位共轭效应进行激光腔内调Q,产生ns量级脉冲激光的原理,并对利用该效应产生的激光脉冲波形和脉冲形成过程进行了数值模拟,得到的脉冲波形与SBS相位共轭反射率随时间变化曲线基本一致,表明利用光纤中的SBS相位共轭作用调Q具有可行性.据此,对采用单模光纤(single-mode fiber,SMF)作为SBS池的Er³⁺掺杂调Q光纤激光器进行实验研究.当单模光纤长度为1.5 m时,在45 mW的光抽运功率下得到脉宽约2.6ns,脉冲周期58.23ns,平均功率7.35mW的激光脉冲.进一步的研究表明:激光器中相位共轭镜的形成与SBS介质长度有关,SBS介质过长,斯托克斯线之间无固定的相位关系,不能形成相干叠加,SBS相位共轭腔不能形成;SBS介质过短,腔内正交偏振模光子寿命的改变使脉冲出现双峰现象.脉冲形成后其属性只与SBS动态属性有关.     

受激布里渊散射光脉冲波形的研究

从实验和理论上研究了受激布里渊散射(SBS)光脉冲波形.在Nd∶YAG调Q激光器中实验研究了SBS光脉冲波形随抽运光参数、结构参数和介质参数的变化规律，并利用SBS理论模型进行了数值模拟，实验与数值模拟结果的变化趋势基本一致.结果表明，抽运光能量越小，透镜焦距越短，镜-池间距越长，介质声子寿命越长，SBS光脉冲波形就越不容易出现调制现象.分析和讨论了抽运光参数、结构参数和介质参数对SBS光脉冲波形的影响机理. 关键词： 受激布里渊散射 脉冲波形 抽运光参数 结构参数     

利用染料片吸收控制受激布里渊散射功率限幅波形

理论研究了受激布里渊散射过程中功率限幅响应特性.采用高斯型入射脉冲，数值模拟了抽运参数(抽运峰值功率密度、抽运脉冲宽度)，介质参数(增益系数、声子寿命)和结构参数(聚焦透镜焦距、介质池长)等物理参数影响限幅输出波形中剩余峰的特性规律.对如何控制剩余峰进行了理论分析.研究表明，声子寿命较小、增益系数大的布里渊介质光限幅响应较好，声子寿命较大、增益系数小的布里渊介质光限幅响应较差；无法单纯通过控制布里渊介质参数来完全消除剩余峰.实验上采用染料片吸收剩余峰，获得接近平顶的限幅输出波形.     

利用单模光纤中SBS效应进行被动调Q的掺铒光纤激光器研究

分析了利用光纤中的受激布里渊散射(SBS)相位共轭效应进行激光腔内调Q,产生ns量级脉冲激光的原理,并对利用该效应产生的激光脉冲波形和脉冲形成过程进行了数值模拟,得到的脉冲波形与SBS相位共轭反射率随时间变化曲线基本一致,表明利用光纤中的SBS相位共轭作用调Q具有可行性。据此,对采用单模光纤(SMF)作为SBS池的掺Er3＋调Q光纤激光器进行实验研究,当单模光纤长度为1.5 m时,在45 mW的抽运光功率下得到脉宽约2.6 ns,脉冲周期58.23 ns,平均功率7.35 mW的激光脉冲。进一步的研究表明：激光器中相位共轭镜的形成与SBS介质长度有关,SBS介质过长,斯托克斯线之间无固定的相位关系,不能形成相干叠加,SBS相位共轭腔不能形成; SBS介质过短,腔内正交偏振模光子寿命的改变使脉冲出现双峰现象。脉冲形成后其属性只与SBS动态属性有关。     

受激布里渊散射光限幅输出波形控制研究

数值模拟了种子场诱导受激布里渊散射光限幅过程的限幅输出波形特性.得到利用种子场控制限幅脉冲波形的规律：选取种子场脉冲宽度为抽运脉冲宽度的五倍，抽运脉冲相对于种子脉冲的延迟时间控制在与抽运脉冲宽度相当时，限幅输出波形最佳.限幅输出波形同时受抽运光功率影响，随抽运能量的增加，限幅脉冲功率不断下降，直至趋于0. 关键词： 受激布里渊散射 限幅输出波形 注入种子     

The damage of the optical components induced by the stimulated Brillouin scattering

A theory of excitation of ultrasonic waves in the stimulated Brillouin scattering (SBS) process is presented in this paper. By using several reasonable approximations, a numerical calculation of the transient longitudinal SBS shows that large amplitude of acoustic waves can be built up by the nanosecond pulse of high-power laser, which may result in the damage of optical glasses. The maximal density change and the maximal acoustic wave intensity in optical glasses of 5\,cm in thickness are calculated by using different parameters of the high-energy laser, such as the intensity, the pulse width, and the wave length. The damage threshold of the optical glasses is about 80 GW/cm^{2} when using a 1064 nm laser. The dynamic mechanism of SBS is the electrostriction effect of the components coupling with the high-power laser.     

Effect of water temperature on pulse duration and energy of stimulated Brillouin scattering

The water temperature has a strong effect on the kinematic viscosity, which is inversely proportional to the phonon lifetime and the gain coefficient. The higher the temperature is, the smaller the kinematic viscosity is, and the larger the phonon lifetime is. At a low pump power and a short focal length, we can derive a single-peak stimulated Brillouin scattering (SBS) pulse. The duration of this single-peak SBS pulse depends mainly on the phonon lifetime of water. With the increase of the water temperature, the duration of such a single-peak SBS pulse will become longer, and the SBS energy will become higher for the gain coefficient, which is related to the phonon lifetime. Therefore, varying the medium temperature can lead to the changes of SBS pulse duration and SBS energy.