基于sbs空间光限幅特性研究

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1、工学硕士学位论文基于SBS空间光限幅特性研究STUDYONSPATIALOPTICALLIMITINGBYSTIMULATEDBRILLOUINSCATTERING刘铁哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：O437.2学校代码：10213国际图书分类号:535密级：公开工学硕士学位论文基于SBS空间光限幅特性研究硕士研究生：刘铁导师：吕志伟教授申请学位：工学硕士学科：物理电子学所在单位：电子科学与技术系答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O437.2U.D.C.:535DissertationfortheMaser’sDegree

2、inEngineeringSTUDYONSPATIALOPTICALLIMITINGBYSTIMULATEDBRILLOUINSCATTERINGCandidate：TieLiuSupervisor：Prof.ZhiweiLvAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PhysicalElectronicsAffiliation：Dept.ofOpto-electronicsInformationScienceandTechnologyDateofOralExamination：Jun,2015Degree-Confe

3、rring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要在大功率高能量强激光系统中，光学元件的防护、激光系统功率能量的稳定等，都对光限幅的研制使用提出了迫切渴望。此系统要求光限幅器自身需具有高损伤阈值，以往的光限幅器几乎难以满足此条件。由于布里渊介质损伤阈值可高2达100GW/cm，并且具有SBS光限幅能力，是大功率高能量强激光系统的理想光限幅器之一。因此本文研究了布里渊介质SBS空间光限幅特性。首先，根据非线性波动方程以及介质弹性波方程，推导出了SBS耦合波方程，用以描述介质中SBS过程的物理模型。由于SBS耦合波

4、方程组为一组偏微分方程组，没有解析解。为此，通过后向差分-中心差分-隐式差分法，数值求解了SBS耦合波方程组，建立了二维、三维SBS数值模拟模型。针对该数值求解模型，进行了MATLAB编程，同时实现了GUI界面操作，建立了三维SBS数值模拟MATLAB工具箱。然后，通过三维SBS数值模拟工具箱，针对固定布里渊介质，采用控制变量法，数值模拟研究了泵浦光物理特性与介质SBS空间光限幅特性之间的联系。研究发现：SBS作用对泵浦光具有空间光限幅效果。同时发现：对于光斑过小的泵浦光由于衍射效应的影响，将导致其SBS空间光限幅作用失效；SBS作用对四阶超高斯光具有比高斯光更理想的光限幅效果，限幅

5、输出透射光光束横截面能量密度分布更加均匀，其超高斯阶数高于四阶。此外，通过三维SBS数值模拟工具箱，分别计算了FC-40和CS2在池长60cm时的SBS限幅阈值，与ZhuXuehua等人和GongHuaping等人的实验结果相符合，因此，本文提出的三维SBS数值模拟模型具有正确性。最后，依旧通过三维SBS数值模拟工具箱，针对固定泵浦光，依旧采用控制变量法，数值模拟研究了介质物理特性对SBS空间光限幅作用的影响。研究发现：调整布里渊介质参数，可以适当控制对泵浦光的SBS空间光限幅作用。同时发现：布里渊介质池长如果过长，将会由于衍射效应而导致其SBS空间光限幅作用失效。关键词：三维SBS

6、数值模拟模型;SBS空间光限幅特性;SBS空间光限幅控制I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInthesystemofthehigh-powerandhigh-energylaser,theresearchofopticallimiterisveryimportantfortheprotectionofopticalelementsandthestabilityofsystem.Becausetheopticallimiterinthissystemmusthavehighdamagethreshold,theexistingopticallimitercan’tmeet

7、thisdemand.ThedamageoftheBrillouinmedium,2whichhastheopticallimitingeffect,isupto100GW/cmandwillmeetthisdemand.SothispaperresearchesthespatialopticallimitingoftheSBS.First,accordingtothenonlinearwaveequationsandelasticwaveequation