受激布里渊散射介质光学击穿的研究

研究了介质所含杂质悬浮颗粒的大小和介质本身化学结构特性对光学击穿阈值的影响.实验结果表明，随着介质所含杂质悬浮颗粒的变小，其光学击穿阈值先是缓慢增大之后(颗粒直径小于0.22μm)迅速增大.通过净化介质可提高光学击穿阈值，进而提高相位共轭保真度、能量反射率及其稳定度等SBS特性.分子中外层原子对内部化学键的保护作用越好，外层原子的电离能越高，价电子数目越少，介质光学击穿阈值就越高. 关键词： 受激布里渊散射 液体介质 光学击穿     

宽带KrF激光抽运的受激布里渊散射反射率研究

实验上研究了宽带KrF激光抽运的受激布里渊散射(SBS)随抽运功率密度、介质气压和透镜焦距这三个实验参数的变化规律.在较低的抽运功率密度情况下，SBS反射率随抽运功率密度呈非线性增长；当抽运功率密度提高到一定程度，SBS反射率接近饱和；当功率密度继续增大，SBS 反射率随之下降.介质气压提高能够促进SBS的转换.透镜焦距长度的变化使SBS饱和反射率存在一峰值.理论上建立了宽带多模SBS模型，数值模拟结果与实验结果符合得很好，解释了宽带SBS反射率对实验参数的变化规律. 关键词： 宽带 KrF激光 受激布里渊散射(SBS) 反射率     

抽运能量对受激布里渊散射光限幅特性的影响

采用布里渊噪声起源模型,数值模拟了受激布里渊散射介质CCl4对波长1064nm的Nd：YAG纳秒激光脉冲的传输特性及光限幅特性。入射抽运脉冲能量较低时,非线性介质对纳秒激光脉冲呈光学透明。入射抽运脉冲能量高于受激布里渊散射产生阈值后,透射脉冲峰值受限,脉宽压缩,能量趋于饱和,说明该光学系统同时具有光功率限幅和能量限幅的光限幅特性。利用理论模型模拟了如下光限幅参量：透射脉冲峰值功率、透射能量、能量透射率、脉宽压缩率依赖抽运光能量的变化关系。相应的理论模拟计算结果由实验进行验证,实验结果与理论模拟相符合。     

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     

横向受激布里渊散射的抑制

 从非线性光学的耦合波理论出发，结合流体力学的连续性方程，建立了光学元件中窄带泵浦的横向受激布里渊散射的二维理论模型，并在此基础上，利用数值模拟考察泵浦光带宽增加对受激散射过程的影响。研究表明:在一定的条件下，当泵浦光带宽略大于布里渊线宽时，受激散射过程的Stokes增益将显著降低；带宽越大，Stokes增益降低得越多；当带宽大于20GHz时，可以抑制横向受激布里渊散射带来的不良影响。另外，当带宽一定时，调制频率的改变也会影响受激散射过程，可以通过数值模拟确定最佳的调制频率。     

掺杂材料对激光等离子体受激布里渊散射的影响

研究了激光等离子体背向受激布里渊散射光谱及反射率。当小能量短脉冲激光入射平面靶时，激光等离子体发展不充分，受激布里渊散射光谱结构相似，受激布里渊散射的增长主要受等离于体尺度的影响，随靶材料的有效原子序数的增加，等离子体尺度变小，受激布里渊散射反射率减少。     

带空气狭缝倒置结构的脊型硫系光波导后向受激布里渊散射研究

受激布里渊散射效应具有光谱线宽窄、频率稳定和增益方向敏感等优点,常用于激光器,慢光产生和微波光子滤波器等.本文基于As₂S₃硫系玻璃、以SiO₂为衬底设计了一种亚微米尺寸的带空气狭缝倒置结构脊型波导结构,具有高达8.22×10⁴ W^–1·m^–1的后向受激布里渊散射增益系数.研究显示在该结构的同种光学和声学模式下,更小的声光场有效模场面积具有更高的后向受激布里渊散射增益系数.还分析了硫系玻璃的光学损耗对后向受激布里渊散射的影响,发现当波导长度超过最优值后,斯托克斯光波功率开始下降,而增大泵浦光功率不仅可以提高斯托克斯光波功率的极大值,同时还会增大波导长度的最优值.当所输入的泵浦光功率为20 mW时,受激布里渊散射增益达到100 d B波导长度仅需要2 cm,这非常有利于光子器件的片上集成.     

光学材料破坏机理

本文综述近三十年来国内外光学材料破坏研究发展状况，详细地阐述了表面破坏，杂质缺陷引起的热破坏，受激布里渊散射激发超声波造成的破坏，雪崩电离击穿和多光子吸收电离破坏，以及自聚焦引起的破坏的机理，及其各自的理论模型。     

反射光中Stokes成分对受激布里渊散射过程的影响

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). 通过对抽运光波形函数的傅里叶变换得到了Stokes成分在抽运光中所占的比例，即Stokes能量比. 考虑SSS效应，数值求解了SSS耦合波方程组，得到了SBS反射率的时间演变形式，理论研究发现，当抽运光正入射到平板样品上时，反射光中的Stokes成分极大地促进了SBS起振过程，其结果相当于反向注入一定强度的种子光，而Stokes能量比的大小决定了SBS过程起振 关键词： 光学材料 受激布里渊散射 傅里叶分析 斯托克斯种子光     

横向受激布里渊散射的抑制

从非线性光学的耦合波理论出发,结合流体力学的连续性方程,建立了光学元件中窄带泵浦的横向受激布里渊散射的二维理论模型,并在此基础上,利用数值模拟考察泵浦光带宽增加对受激散射过程的影响。研究表明:在一定的条件下,当泵浦光带宽略大于布里渊线宽时,受激散射过程的Stokes增益将显著降低;带宽越大,Stokes增益降低得越多;当带宽大于20GHz时,可以抑制横向受激布里渊散射带来的不良影响。另外,当带宽一定时,调制频率的改变也会影响受激散射过程,可以通过数值模拟确定最佳的调制频率。     

Investigation of stimulated Brillouin scattering for broadband KrF laser

Stimulated Brillouin scattering (SBS) numerical mode for broadband multimode KrF laser pump with optical breakdown has been built up in this paper. The basic premises of the model are that KrF spectrum is composed of an umber of lines and SBS arises from these lines with coupling to some extent. The broadband SBS threshold strongly depends on pump bandwidth. SBS and optical breakdown occur nearly simultaneously when broadband SBS and breakdown have the same threshold. The decrease of saturation reflectivity for broadband pump radiation is explained with this model. Experimental results agree well with the model.     

Experimental investigation on the improvement of SBS characteristics by purifying the mediums

The influence of optical breakdown on stimulated Brillouin scattering (SBS) process is investigated with purified CCl4, acetone, and CS2 mediums which are obtained through 0.22-μm pore-size filter. Experiments are conducted with a Nd:YAG Q-switched laser system. The optical breakdown threshold, the reflectivity and the stability of SBS in both purified and unpurified mediums are determined and compared. The improvement of optical breakdown threshold is observed more or less in all purified mediums.In the condition that optical breakdown does not occur after the medium purified, the energy reflectivity and the stability of SBS both show improvement. Therefore, the characteristics of SBS can be improved by purifying the mediums to obtain higher optical breakdown threshold which reduces the influence of optical breakdown on SBS process.     

杂质颗粒对受激布里渊散射介质光学击穿阈值影响的研究

建立了受激布里渊散射介质中热作用破坏的物理模型, 数值模拟了杂质颗粒的温度随其半径的变化曲线.结果显示,杂质颗粒存在一个最大热作用半径, 介质所含颗粒的尺寸在此半径附近时,介质最容易发生光学击穿现象, 其光学击穿阈值最低.在Continuum Nd: YAG种子注入式激光系统中,选取FC-3283, GF-180和HFE-7100介质, 通过不同孔径的过滤膜进行过滤,并研究了过滤前后的光学击穿阈值和能量反射率. 结果表明,随着过滤孔径的变小,介质光学击穿阈值逐渐提高, 且过滤之后介质的能量反射率有了明显的提高.介绍了一种利用He-Ne激光透射光光斑变化来判断是否发生光学击穿现象的方法,该方法具有方便、 准确的特点,可有效地减小由于肉眼观测引起的误差.     

Improved output energy characteristic of optical limiting based on double stimulated Brillouin scattering

In order to improve the optical limiting performance based on stimulated Brillouin scattering (SBS), a method based on double SBS is proposed in this paper. The dependence of the output energy of optical limiting based on double SBS on the pump energy is numerically simulated, and experimentally validated with an Nd:YAG seed-injected laser. The results indicate that only the first SBS optical limiting works in the case of low pump energy. However, as the pump energy increases, the second SBS process can be activated if the transmitted power of the first SBS is still above the SBS threshold. Therefore, the output energy characteristic of optical limiting based on double SBS is much better than that based on single SBS. Owing to the sub-nanosecond response time and a high power threshold, the SBS optical limiting can provide protection in high power laser systems.     

熔融石英玻璃受激布里渊散射效应实验研究

以自行研制的大能量单纵单横电光调Q激光系统作为抽运源，在小尺寸(2 cm×2 cm×4 cm)的熔融石英玻璃样品中实现了强烈发展的受激布里渊散射(SBS)过程，在工作介质无损伤的情况下，相位共轭波能量高达110 mJ，反射率约为60％.还研究了SBS能量反射率与入射角之间的关系，证实了此前提出的“自供种子光(self-Stokes-seeding)”效应的存在.提出了双棒串接的构型，得到了更为高效的SBS过程. 关键词： 受激布里渊散射 熔融石英玻璃 激光损伤 反射率     

宽带KrF激光泵浦SBS的研究

 理论和实验研究了宽带（15GHz）KrF激光泵浦的受激布里渊散射（SBS）在SF₆介质中的转换效率和脉宽压缩比的规律。介质在1.6MPa、透镜焦距为15cm和30cm时，测得SBS最大反射率分别为40%和45%，当泵浦能量大于60mJ时SBS反射率开始趋于平坦；介质在0.85MPa、透镜焦距在30cm时，SBS脉宽压缩比随泵浦能量的上升而下降，最大压缩比为5。建立了宽带多模KrF激光泵浦的SBS理论模型，假设宽带KrF激光光谱谱线由若干窄带谱线组成，这些窄带谱线之间在产生SBS过程中有一定程度的耦合。给出了理论模型结果，并与实验结果进行了比较。     

宽带KrF激光泵浦SBS的研究

理论和实验研究了宽带（15GHz）KrF激光泵浦的受激布里渊散射（SBS）在SF6介质中的转换效率和脉宽压缩比的规律。介质在1.6MPa、透镜焦距为15cm和30cm时,测得SBS最大反射率分别为40%和45%,当泵浦能量大于60mJ时SBS反射率开始趋于平坦;介质在0.85MPa、透镜焦距在30cm时,SBS脉宽压缩比随泵浦能量的上升而下降,最大压缩比为5。建立了宽带多模KrF激光泵浦的SBS理论模型,假设宽带KrF激光光谱谱线由若干窄带谱线组成,这些窄带谱线之间在产生SBS过程中有一定程度的耦合。给出了理论模型结果,并与实验结果进行了比较。     

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。