聚焦泵浦条件下固体介质中受激布里渊散射过程的数值研究

在非线性光学耦合波方程组中加入聚焦项,使之能够描述聚焦泵浦条件下的受激布里渊散射过程（SBS）。利用改进的SBS方程组,模拟了聚焦泵浦条件下熔石英玻璃棒中的SBS过程,给出了SBS反射率与泵浦激光能量的依赖关系,发现散射光脉冲中存在“聚焦刺”,并通过分析SBS诱导产生的应力场的特征对布里渊介质的安全性进行了评估,理论分析的结果与Yoshida等人的实验结果一致。     

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     

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。     

ns脉冲激光对K9玻璃的破坏实验

采用高速PIN光电探测器和高带宽的数字存储示波器,实时检测透射光脉冲和散射光脉冲的变化特征,并将之用作材料破坏的光学判据,测量得到K9玻璃在1.06μm纳秒脉冲激光作用下的能量损伤阈值约18mJ,相应的能量密度阈值为1.0kJ/cm2。通过分析透射光脉冲和散射光脉冲的特征,给出了材料的破坏时刻,并推断出K9玻璃所能承受的极限光强为1015W/m2。研究了能量透过率与泵浦能量的关系,并初步探讨了透明材料的破坏机理。结果表明：在多纵模激光的作用下,透明光学材料破坏是电离击穿与自聚焦效应综合作用的结果。     

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     

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     

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。     

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。     

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。