光学参量过程中参量荧光的时间相干特性研究

发布时间：2020-03-28 08:02

【摘要】：光学参量过程是重要的非线性光学过程之一,广泛应用于各种激光的产生、频率变换和能量转换。随着拍瓦(1015W)类高峰值功率激光装置的研究和发展,光学参量过程已成为超短激光脉冲能量放大的主要技术途径。但是,参量过程中自发形成的参量荧光不仅降低了激光脉冲能量放大的转换效率,而且会影响激光脉冲的质量,导致激光脉冲对比度的降低,极大地影响着强场物理的研究和高峰值功率激光的应用。另一方面,宽光谱的参量荧光展现出作为低相干度光源的应用前景,开展部分相干光源技术研究将对于开展强场物理实验研究以及抑制激光等离子体不稳定性等方面有着特殊的意义。为此,探索参量荧光的相干特性及与其它物理量之间的内在关系,发展相干度可控光源技术将具有重要的应用价值。本文通过分析参量荧光产生过程的基本物理过程,建立了适用于参量荧光的数值分析程序,设计了评价参量荧光时间相干性影响的实验方案,研究了泵浦激光脉冲参数对参量荧光时间相干性的影响。主要工作内容如下:1.基于传统光学参量过程的物理表述以及量子噪声的产生机制,部分修改了光参量放大过程的耦合波方程以适用于参量荧光产生和放大;通过建立的数值模拟程序,分析了参量下转换频率群速度与参量荧光时间相干性的关系。研究结果表明:为了提升参量荧光的时间相干性,参量下转换频率之间应保持较大的群速度走离关系;2.通过数值模拟程序,分析了参量过程中泵浦光脉宽、光强等对参量荧光时间相干性的影响。根据分析结果和实验条件,利用准相位匹配晶体,设计了皮秒泵浦条件下的相应实验方案,完成了实验光路设计;3.开展了参量荧光时间相干特性的实验研究,测量比较了不同泵浦脉宽条件下参量荧光的时间相干特性。并采用相同结构的准相位匹配晶体,初步研究了皮秒泵浦条件下,泵浦功率和脉宽对参量荧光时间相干性的影响。本文的研究结果表明:泵浦光的物理参数将影响参量荧光的时间相干特性,特别是在超短脉冲泵浦的条件下,这种影响将更为明显,这将成为建立相干性可控的宽带光源的技术基础,也将为解决飞秒激光脉冲参量过程中的信噪比问题提供借鉴意义。
【图文】：

啁啾脉冲放大技术,基本原理

第一章绪论逡逑宄背景逡逑十世纪六十年代，美国科学家Ｍａｉｍａｎ研制出第一台激光器以来，激光由于好，相千度高，方向性好，亮度高的优点而被广泛应用。为了获得更高的激光超强激光技术一直是科学家们研宄的重点。１９６２年，世界上制成了第一台调。到了邋８０年代，利用调Ｑ技术己经能得到脉宽达到纳秒级别，峰值功率达到１０９脉冲。而锁模技术可以将激光脉冲压缩至皮秒或者飞秒级别，峰值功率达近年来，得益于啁嗽脉冲放大（ＣＰＡ）［１］和光参量啁啾脉冲放大（ＯＰＣＰＡ）技术［２，激光脉冲的峰值功率己经可以达到１０１５Ｗ级别［４，，５］。目前，国际上建立了或立许多光强达到相对论范畴（＞１０１８Ｗ／ｃｍ２）的大型激光装置［６＇由这些激光装置超短超强脉冲激光与靶物质作用，其超高的能量密度可以使靶物质产生等离究强场激光物理和相对论光学等领域提供了研究手段，对惯性约束核聚变（ＩＣ密度物理（ＨＥＤＰ）邋［１（）］等研宄具有重要意义。逡逑ＩｎｌＭａｌ邋ｔｈｏｕ邋ｐｕｌＭ

光参量啁啾脉冲放大,基本原理,技术,增益介质

低功率的脉冲就可以在不损伤增益介质的情况下实现更高能量的放大。放大后的脉冲进逡逑入压缩器进行压缩，恢复原有的脉冲宽度，最终得到更高功率的超短超强激光脉冲，如逡逑图１．１所示。逡逑ＣＰＡ技术的增益介质为掺钛蓝宝石和钕玻璃，这些传统的增益介质存在热效应严逡逑重、增益窄化、转换效率低以及对比度较低等缺点。为了克服这些缺陷，科学家们使用逡逑光学参量放大（ＯＰＡ）介质来取代传统增益介质。ＯＰＡ技术采用非线性效应来放大光脉冲，逡逑不存在实际的能级跃迁，因此能有效地克服热效应问题。同时，ＯＰＡ技术还具有增益带逡逑宽大，对比度高等优点［１１］。利用ＯＰＡ技术替换ＣＰＡ技术中的传统增益介质，就形成了逡逑光参量啁啾脉冲放大（ＯＰＣＰＡ）技术［２］，该技术较好地解决了增益介质损伤和增益光谱窄逡逑化等问题，是目前被广泛应用的超短超强脉冲激光技术。逡逑１邋ｊｏｗａ邋Ｍｍ逦１逡逑逦＿■■■■■邋■■■１六逦ｉｉ＞逦逦逦逡逑Ｓｅｅｃｊ邋“一逦ａ逦、一Ｏｕｔｐｕｔ逡逑ｐｕｆｓｅ邋Ｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O437

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