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。     

横向受激布里渊散射诱导破坏的数值研究

基于非线性光学的耦合波理论，建立了大尺寸光学元件中横向受激布里渊散射(TSBS)的二维模型及其数值模拟方法，并对熔石英玻璃中的瞬态TSBS进行了理论研究，得到了存在TSBS情况下光学元件内光场和应力场的演变特征，探讨了TSBS对高功率激光系统透过性能的影响，以及在 光学元件内诱导破坏的可能性和规律. 关键词： 横向受激布里渊散射 光学材料 破坏机理 应力场     

横向受激布里渊散射诱导破坏的数值研究

基于非线性光学的耦合波理论 ,建立了大尺寸光学元件中横向受激布里渊散射 (TSBS)的二维模型及其数值模拟方法 ,并对熔石英玻璃中的瞬态TSBS进行了理论研究 ,得到了存在TSBS情况下光学元件内光场和应力场的演变特征 ,探讨了TSBS对高功率激光系统透过性能的影响 ,以及在光学元件内诱导破坏的可能性和规律     

光学材料中横向SBS的稳态分析

 从非线性光学的耦合波理论出发，建立了种子光入射的窄带泵浦的横向受激布里渊散射的二维理论模型，并对稳态情形进行了数值模拟，得到了散射光强的二维分布。计算表明，散射光场在入射面内呈现出“局部集中”的特点，而且由于“空间压缩”效应，使得获得的最大散射光强远大于初始泵浦光强。还分析了光场及材料参数对获得的散射光强的影响，得出：入射的激光功率密度越大，光学元件的横向尺寸越长，材料的吸收系数越小，受激散射产生的散射光和弹性声波强度就越大，在材料内部引起的应力也越强，从而越有可能造成材料的破坏。     

高功率激光对大口径融石英玻璃的破坏的研究

针对神光Ⅱ第九路激光装置三倍频达标实验中出现的大口径融石英玻璃的破坏现象,分析产生的原因和机制,确定了是由横向受激布里渊散射(TSBS)造成的,并采用了有效抑制TSBS的方案.理论上建立了大口径融石英玻璃中横向受激布里渊散射的增益模型,利用该模型计算了高功毕激光系统中融石英取样镜的破坏阈值.实验结果和理论计算均得到310 mm口径窄带激光能量达到2～3 kJ时融石英玻璃将产生破坏.     

三倍频Nd∶YAG激光抽运氧气中的受激拉曼和布里渊散射

报道了三倍频脉冲Nd∶YAG激光(355 nm)在两种不同带宽模式下抽运氧气中受激拉曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)的实验研究。在宽带(约1 cm-1)抽运模式下,只测到了前向受激拉曼散射,而没有观察到后向散射,其一级和二级斯托克斯最大能量转换效率可达22%和8%。在窄带(约0.003 cm-1)模式下,前向、后向受激拉曼散射和受激布里渊散射都测量到了,但大部分抽运能量都转换到受激布里渊散射,其转换效率可达67%。测量了两种带宽模式下各散射组分在它们最佳转换时的波形;窄带情况下后向受激拉曼散射和受激布里渊散射的脉宽分别可压窄至1.5 ns和2.3 ns,不到抽运脉宽的三分之一,使得受激布里渊散射峰值功率可大大高于抽运功率。对氧气中前向、后向受激拉曼散射和受激布里渊散射之间的竞争进行了讨论。     

三倍频Nd:YAG激光抽运氧气中的受激拉曼和布里渊散射

报道了三倍频脉冲Nd：YAG激光（355nm）在两种不同带宽模式下抽运氧气中受激拉曼散射（SRS）和受激布里渊散射（SBS）的实验研究。在宽带（约1cm^-1）抽运模式下,只测到了前向受激拉曼散射,而没有观察到后向散射,其一级和二级斯托克斯最大能量转换效率可达22％和8％。在窄带（约0．003cm^-1）模式下,前向、后向受激拉曼散射和受激布里渊散射都测量到了,但大部分抽运能量都转换到受激布里渊散射,其转换效率可达67％。测量了两种带宽模式下各散射组分在它们最佳转换时的波形;窄带情况下后向受激拉曼散射和受激布里渊散射的脉宽分别可压窄至1．5ns和2．3ns,不到抽运脉宽的三分之一,使得受激布里渊散射峰值功率可大大高于抽运功率。对氧气中前向、后向受激拉曼散射和受激布里渊散射之间的竞争进行了讨论。     

弱磁化等离子体中受激拉曼散射和受激布里渊散射抑制研究

本文针对典型激光聚变等离子体参数条件,利用动理学粒子模拟程序研究横向磁场和激光带宽在抑制受激拉曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)中的作用。模拟发现横向磁场对非均匀等离子体中SRS的非线性自共振增强有显著抑制作用,分析认为横向磁场作用于SRS激发的电子等离子体波(EPW)势阱中的俘获电子,使它们在横向上加速,对EPW造成非线性阻尼,同时减小EPW的非线性频移量,从而缩窄非均匀等离子体中SRS的自共振空间,极大降低SRS反射率。在此基础上利用横向磁场抑制SRS的特性,以及SBS增长对激光带宽的敏感性,提出了利用横向磁场和宽带激光将SRS和SBS同时抑制在低反射率水平的方案。在采用数十特斯拉横向磁场和实验中易于达到的千分之一量级的激光带宽时以及慢性约束聚变(ICF)相关参数下,SBS和SRS的反射率都得到了有效抑制。     

时间位相调制对高强度三次谐波转换的影响

在惯性约束聚变研究中,为了利用光谱色散进行光束匀滑以及抑制KDP晶体等大口径光学元件中的横向受激布里渊散射,通常需要对激光脉冲进行时间位相调制.详细讨论了高功率条件下KDP晶体Ⅰ/Ⅱ角度失谐三倍频方案中,时间位相调制对三次谐波转换效率和脉冲频谱的影响.研究结果表明,时间位相调制会导致三次谐波转换效率明显下降.     

光学击穿对受激布里渊散射特性的影响

把雪崩电离模型引入受激布里渊散射模型中，数值模拟了无光学击穿和有光学击穿时受激布里渊散射能量反射率随输入光功率密度的变化规律.实验上选取净化和未净化的CCl₄作为散射介质，在Nd:YAG调Q激光系统中进行了验证，理论与实验符合得很好.结果表明：当无光学击穿时，随着输入光功率密度的增大，能量反射率先是非线性增大，然后缓慢增大趋于饱和；而当有光学击穿时，随着输入光功率密度的增大，能量反射率先是非线性增大，达到最高值之后开始下降，最终趋于零.无光学击穿时的能量反射率及其稳定度明显高于有光学击穿时的情况. 关键词： 受激布里渊散射 光学击穿 雪崩电离     

采用投影光学估计弱起伏条件下的大气闪烁指数

在远场散斑投影成像系统上整合大气闪烁指数测量功能,有助于全面分析激光大气传输特性及其对光电系统性能的影响。但是在大口径接收时,大气闪烁会因孔径平滑效应而变得微弱,光源稳定性引起的强度起伏会更为明显。针对这一问题,基于光源强度起伏和大气闪烁的乘性调制假设,建立了考虑光源强度起伏的大气闪烁指数的测量模型。利用光源强度起伏不随孔径变化而大气闪烁随孔径变化这一差异性,通过投影光学在同一时刻测量两个不同接收孔径上的光强闪烁,结合弱起伏条件下的孔径平滑因子来求解测量模型,从而分别估计大气闪烁指数和光源强度闪烁指数。实验结果表明,在孔径0.05m至0.4m之间,实测值和理论估计值的最大相对误差小于9.685%,理论模型与实验符合度较高。采用该方法可以在投影光学上实现弱起伏条件下的大气闪烁指数估计。     

抑制损伤发展的CO_2激光修复技术及机理研究

熔石英表面激光损伤发展问题一直制约着激光器的运行通量。采用CO2激光在线熔融修复损伤点,修复后形成一个光滑的高斯坑,去除了损伤点中的裂纹,平滑了凹凸不平的表面,并且在紫外脉冲激光作用下,修复斑再次产生损伤的阈值高于熔石英元件的损伤生长阈值。因此CO2熔融修复技术能有效地抑制损伤发展。通过分析CO2激光作用下熔石英表面的温度分布,讨论修复坑的形成过程,确定激光参数对修复效果的影响,为寻找最佳修复参数提供理论基础。同时利用原子力显微镜(AFM)、轮廓仪细致分析损伤点和修复斑的微细结构,采用有限差分时域方法计算损伤点和修复斑周围的光强分布,探索消除裂纹和平滑表面对抑制损伤生长的作用。     

基于二元光学设计的高能激光窗口的初步探讨

对非均匀近场强度分布影响强激光远场聚焦效果的原因进行了分析。对高能激光窗口进行了二元光学设计。提高了光束强度分布的均匀性,改善了光束质量。介绍了二元光学设计的基本原理,采用随机并行扰动爬山法对窗口的位相分布、变换后的光束强度分布、衍射效率和光束均匀性进行了计算。计算结果表明,基于二元光学设计的激光窗口能有效地改善光束强度分布的均匀性,提高了发射光束的质量。     

General design basis for a final optics assembly to decrease filamentary damage

The high-power laser beam in the final optics assembly of high-power laser facilities is often modulated by contamination particles, which may cause local high light intensity, thereby increasing the filamentary damage probability for optical components. To study the general design basis for a final optics assembly to decrease the risk of filamentary damage,different-sized contamination particles deposited on a component surface are simulated to modulate a 351-nm laser beam based on the optical transmission theory, and the corresponding simulation results are analyzed statistically in terms of the propagation characteristic and the light field intensity distribution of the modulated laser beam. The statistical results show that component thickness and distance between components can to some extent be optimized to reduce the appearance of local high light intensity, and the general design basis of component thickness and arrangement are given for different control levels of particle sizes. Moreover, the statistical results can also predict the laser beam quality approximately under the existing optics design and environmental cleanliness. The optimized design for final optics assembly based on environmental cleanliness level is useful to prolong the lifetime of optics and enhance the output power of high-power laser facilities.     

熔石英损伤修复坑下游光场调制的数值模拟与实验研究

系统研究了熔石英激光损伤修复后的形貌特征,根据测量数据建立了典型的损伤修复坑三维模型,利用标量衍射理论并结合快速傅里叶变换算法研究了修复坑在351 nm激光辐照下游光场调制的分布规律.研究表明,修复坑引起的光场调制会使得下游不同距离位置处出现环形光场增强区和轴上位置光场增强点;环形光场增强区位置距离修复元件较近,其环形调制极大值主要受修复坑深度的影响,且随修复坑深度的增大而逐渐增加;轴上位置光场增强点位置距离修复元件较远,其轴上调制极大值主要受修复坑边缘凸起高度的影响,且随凸起高度的增大而快速增加;环形调制极大值或轴上调制极大值增大的同时,其分布位置与修复元件之间的距离均会逐渐减小.实验验证表明,利用三维修复坑模型得到的下游光场调制数值模拟结果与实验测量结果具有较好的一致性.本研究结果对控制熔石英元件损伤修复形貌特征以抑制调制增强效应给出了具体的控制方向,对修复工艺的改进与完善提供了非常有意义的参考.     

基于光束偏转的扫描式宽带光参量啁啾脉冲放大

光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)是超短激光脉冲领域的重要技术之一,增大增益带宽对提高OPCPA的转换效率、实现宽带光参量放大具有重要的意义.本文将光束偏转和非共线OPCPA有机结合,提出了基于光束偏转的扫描式宽带OPCPA模型.分析了通过光束偏转来时刻改变非共线角,以保证各频率成分的相位匹配,从而增大增益带宽的基本原理.采用提出的扫描式宽带OPCPA,针对800 nm中心波长、带宽约为100 nm信号光的光参量放大进行了数值计算.结果表明:经过扫描式OPCPA后,信号光的带宽与放大之前几乎相同,光谱没有窄化;扫描式OPCPA比固定非共线角方式的放大极大地增加了增益带宽和转换效率,实现了宽带的光参量放大;要满足信号光各频率成分的相位匹配,达到最大的增益带宽和转换效率,需要尽量减小加载到钽铌酸钾(KTa_(1-x) Nb_xO_3, KTN)电光晶体上的电压抖动和电压延时.     

飞行光学导光系统中的空气热透镜效应

研究了激光加工用大功率ＣＯ２激光束在飞行光学导光系统中传输所产生的空气热透镜效应。实验发现当飞行光学导光系统中的空气静止时将产生空气热透镜效应,而充以一定压力的压缩空气却可以消除空气热透镜效应,实验表明无热透镜效应时,光束遵循高斯光束传输规律,而秀热透镜效应时,光束偏离高斯光束的传输规律,并影响到激光束聚焦焦点的大小和位置。另外通过激光空气热透镜效应的非线性模型计算了热透镜效应所引起的光束传输相对