钕玻璃宽带激光放大能量提取效率研究

发布时间：2021-02-27 00:15

　　基于钕玻璃宽带脉冲激光放大模型,采用数值模拟的方法,研究了钕玻璃放大器对不同输入光通量、不同脉宽以及不同带宽（或波长分布）脉冲激光放大的能量提取效率。计算结果表明,钕玻璃宽带放大能量提取效率随着输入光通量的增加而提高,并最终趋于某一定值。对于以均匀加宽为主的介质,随着带宽的增加,能量提取效率逐渐下降;对于以非均匀加宽为主的介质,随着带宽的增加,能量提取效率先逐渐升高,达到最大值后开始下降。对于均匀加宽与非均匀加宽线宽比为0.1的混合加宽介质,在饱和通量输入条件下,使用宽带激光能够带来大约80%的效率提升。 

【文章来源】：强激光与粒子束. 2019,31(11)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

图１钕玻璃的谱线加宽机制Ｆｉｇ．１Ｓｐｅｃｔｒａｌｌｉｎｅｂｒｏａｄｅｎｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｎｅｏｄｙｍｉｕｍｇｌａｓｓ

提取效率。小信号脉冲输入时（输入脉冲能量密度Ｅｉｎ＝０．０１Ｅｓ），由于受激发射与激励光通量成正比，输出脉冲能量密度随钕玻璃棒长度指数增长，如图２（ａ）所示；饱和能量密度输入时（输入脉冲能量密度Ｅｉｎ＝Ｅｓ），激励光信号能够耗尽反转粒子数密度，放大器出现饱和效应，输出脉冲能量密度随钕玻璃棒长度线性增长，如图２（ｂ）所示。Ｆｉｇ．２Ｏｕｔｐｕｔｅｎｅｒｇｙｄｅｎｓｉｔｙｖａｒｉｅｓｗｉｔｈｇａｉｎｍｅｄｉｕｍｌｅｎｇｔｈ图２输出能量密度随增益介质长度的变化钕玻璃对窄带激光放大的能量提取效率与输入脉冲能量密度的关系如图３所示。随着输入脉冲能量密度的增加，有更多的上能级粒子受激发射，能量提取效率逐渐提高，但当反转粒子数能被输入脉冲基本耗尽时，就无法再通过增加输入脉冲能量密度来提升能量提取效率了。从图３中还可以看到，能量提取效率还与放大介质的加宽特性有关。对于混合加宽介质，非均匀加宽所占比重越大，即Δνｈ／Δνｉｈ的值越小，放大器的能量提取效率越低，因为非均匀加宽所占比重增加意味着有更多的钕离子处于其他不能被输入窄带激光提取的格位状态。图４进一步给出了能量提取效率随脉宽的变化。可以看出，输入脉冲激光的脉宽对钕玻璃激光放大能量提取效率的影响非常小，当脉宽Ｔ＞１ｎｓ后，能量提取效率基本不再变化。这是因为影响钕玻璃脉冲放大能量提取效率的是输入脉冲光通量而非输入脉冲光强。Ｆｉｇ．３Ｅｎｅｒｇｙｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｖａｒｉｅｓｗｉｔｈｉｎｐｕｔｌｕｍｉ

励光通量成正比，输出脉冲能量密度随钕玻璃棒长度指数增长，如图２（ａ）所示；饱和能量密度输入时（输入脉冲能量密度Ｅｉｎ＝Ｅｓ），激励光信号能够耗尽反转粒子数密度，放大器出现饱和效应，输出脉冲能量密度随钕玻璃棒长度线性增长，如图２（ｂ）所示。Ｆｉｇ．２Ｏｕｔｐｕｔｅｎｅｒｇｙｄｅｎｓｉｔｙｖａｒｉｅｓｗｉｔｈｇａｉｎｍｅｄｉｕｍｌｅｎｇｔｈ图２输出能量密度随增益介质长度的变化钕玻璃对窄带激光放大的能量提取效率与输入脉冲能量密度的关系如图３所示。随着输入脉冲能量密度的增加，有更多的上能级粒子受激发射，能量提取效率逐渐提高，但当反转粒子数能被输入脉冲基本耗尽时，就无法再通过增加输入脉冲能量密度来提升能量提取效率了。从图３中还可以看到，能量提取效率还与放大介质的加宽特性有关。对于混合加宽介质，非均匀加宽所占比重越大，即Δνｈ／Δνｉｈ的值越小，放大器的能量提取效率越低，因为非均匀加宽所占比重增加意味着有更多的钕离子处于其他不能被输入窄带激光提取的格位状态。图４进一步给出了能量提取效率随脉宽的变化。可以看出，输入脉冲激光的脉宽对钕玻璃激光放大能量提取效率的影响非常小，当脉宽Ｔ＞１ｎｓ后，能量提取效率基本不再变化。这是因为影响钕玻璃脉冲放大能量提取效率的是输入脉冲光通量而非输入脉冲光强。Ｆｉｇ．３Ｅｎｅｒｇｙｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｖａｒｉｅｓｗｉｔｈｉｎｐｕｔｌｕｍｉｎｏｕｓｆｌｕｘ图３能量提取效率随输入光通量的变化Ｆｉｇ．４Ｅｎｅｒｇｙｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｅｆ


本文编号：3053382