基于主动频率匹配SBS的百皮秒激光脉冲放大技术研究.pdf

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1、博士学位论文基于主动频率匹配SBS的百皮秒激光脉冲放大技术研究INVESTIGATIONONAMPLIFICATIONOFHUNDREDPICOSECONDSLASERPULSESVIAACTIVEFREQUENCYMATCHINGSTIMULATEDBRILLOUINSCATTERING远航哈尔滨工业大学2018年4月国内图书分类号：TN248.1学校代码：10213国际图书分类号：535.3密级：公开工学博士学位论文基于主动频率匹配SBS的百皮秒激光脉冲放大技术研究博士研究生：远航导师：吕志伟教授副导师：王雨

2、雷教授申请学位：工学博士学科：物理电子学所在单位：航天学院答辩日期：2018年4月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN248.1U.D.C:535.3DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringINVESTIGATIONONAMPLIFICATIONOFHUNDREDPICOSECONDSLASERPULSESVIAACTIVEFREQUENCYMATCHINGSTIMULATEDBRILLOUINSCATTERINGCandidate：H

3、angYuanSupervisor：Prof.ZhiweiLuVice-Supervisor：Prof.YuleiWangAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：PhysicalElectronicsAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：April2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要冲击点火方案中点

4、火脉冲（shockpulse）是产生强的冲击波实现聚变点火的关键，对于典型的点火脉冲，脉冲的峰值功率约为400~500TW，脉冲宽度~200ps，能量约为100kJ。然而，传统的MOPA（MasterOscillatorPower-Amplifier）和OP-CPA（Opticalparametric,chirpedpulseamplification）两种技术都难以实现高效的百皮秒激光脉冲放大。本论文针对ICF冲击点火（shockignition）高功率、大能量200ps冲击激光脉冲的应用需求，论文提出了基于主

5、动频率匹配SBS放大获取冲击脉冲的技术，对后续开展“冲击点火”的实验研究提供了切实可行的研究方案。本文主要分为以下几大部分：首先，基于SBS耦合波方程，对受激布里渊散射过程中的抽运光能量向Stokes光转移的过程进行了理论推导，并在此基础上构建了数值计算模型。利用此模型对百皮秒脉冲SBS放大过程中的介质参数、激光参数、结构参数于能量转换效率以及功率放大率的影响进行了数值分析，为后文中的布里渊放大实验系统设计提供理论支撑。并在此模型基础上分析了非共线SBS相互作用下的非共线角度对布里渊增益以及相互作用长度的影响，分

6、析结果表明：通过Stokes光与抽运光的频率匹配以及合理的光束口径配置，可以在大角度布里渊能量转移过程中获得较高能量提取效率。然后，基于哈工大百焦耳实验平台，研究基于SBS能量转移实现高能量百皮秒级激光脉冲的放大方案。研制了可以产生具有下频移200psStokes种子光的光纤移频前端。测试结果证明该移频前端可以满足百皮秒脉冲SBS放大的需求。基于此移频装置，在不改变现役装置的主体结构的条件下，在前端光纤系统中加入频移器件来获取具有频移的Stokes种子光，并且在终端打靶之前，加装SBS能量转移系统，使纳秒脉冲的能

7、量转移到200ps的Stokes光脉冲上，从而放大点火所需的冲击脉冲。随后，利用此移频前端实验研究了基于主动频率匹配种子注入式的SBS百皮秒脉冲放大过程。实验研究结果表明：利用光纤频移调节技术，可以通过频率调谐获取稳定的200psStokes脉冲种子光；SBS过程可以高效地将抽运光脉冲当中的能量转移到百皮秒激光脉冲中，通过合理的参数配比，放大后的Stokes光峰值功率密度可以达到6964MW/cm2，功率放大率达到了37.7倍，能量放大率达到了18.4倍。同时，针对于目前的冲击点火需求，设计基于主动频率匹配SBS

8、放大冲击脉冲获取方案的冲击点火方案。‐ I ‐ 摘要最后，针对于布里渊放大过程中存在的非线性效应竞争问题，通过理论分析与实验论证，对百皮秒脉冲SBS放大系统中的存在的小尺度自聚焦，SRS以及非线性吸收等非线性效应的影响进行了评估，并提出相应的抑制方案。研究结果表明：在布里渊放大器的设计中，介质的非线性折射率、SRS增益系数以及非线性吸收系数也是需要纳入布里渊放大器设计的考