最新激光放大器pptx课件PPT.ppt

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1、激光放大器pptx主要内容增益极限和放大器的稳定性脉冲放大稳定态放大信号畸变前言本章将讨论激光束通过光学激活材料时产生的能量增益。在设计高能量、高亮度的光源时，以激光器作为脉冲放大器是非常重要的。设计激光放大器时，必须考虑下述因素：1）增益和提取的能量；2）放大器引起的波前畸变和脉冲形状畸变；3）放大器系统中光学元件的能量和功率密度；4）在放大器内引起超辐射或前激反馈.1)输入能量较低，即则式（4.11）可近似表示为2)输入能量较高，即则式（4.11）变为再将式（4.11）换一种形式，就可以很清楚的表示单程或双程的单级或多级放大的输出能量

2、与提取效率的关系。图4.2单程和双程的单级或多级放大的输出能量密度和提取效率的计算矩阵形式如图，它们的关系式为根据式（4.10），提取效率为在双程放大器内的输出能量密度由下式求出式中双程放大器的提取效率为应该注意的是，上述式子的前提是存在均匀的增益系数和光束强度分布。在绝大多数系统中，这两个数值都表示径向分布特点，此时，增益系数表示为在激光放大技术中，小信号增益系数通常表示为为增益与储能关系的参变量整理式（4.11）得如果已知放大器中的小信号增益或者储能量，则根据(4.11)、(4.22)就可以求出放大器的增益与输入能量密度的函数关系。但

3、是在谈论实际例子之前，应该注意推导(4.11)时的两种假设：1）入射脉冲的形状为矩形。2）设放大器没有损耗。4.1.1红宝石放大器两个能级之间是否确实发生能量转移，取决于这两个能级之间的弛豫时间是比放大脉冲的长度短还是长。在红宝石中，两个受激能级之间的弛豫时间在1ns量级，或者更短。1Q开关脉冲放大2锁模脉冲放大当脉冲长于1ns时，两个上能级（即和2能级）处于热平衡，可以从这两个能级提取能量。上能级中的总储存能量为从红宝石中可以提取的最大能量为因此，从红宝石中提取能量的效率为对于红宝石，可提取的能量与小信号增益系数之比定义为饱和能量密度，

4、即1.Q开关脉冲放大在总结了红宝石的有关激光参量后，再来考察（4.22）。将材料参量和代入该式，并设和为一定值，就能绘出红宝石放大器输出能量密度与其长度的函数关系。设Ein=0.1J/cm2，所有粒子数反转时的不同储能分别为Est=3.0J/cm3、4.0J/cm3和4.5J/cm3，就可以得到图4.5所示的曲线。。图4.5红宝石放大器的增益同放大器的长度、储能密度的函数关系。这些曲线的实际意义在于，它们适用于所有的输入能量和放大器的长度。只有一个参量难于确定，它就是棒中单位体积的存储能量。该参量取决于闪光灯的输入能量与脉宽、泵浦结构的几

5、何设计与效率以及激光棒的几何形状。由于在信号到达前，有：，则泵浦速率可用每立方厘米的输入能量、脉冲持续时间和可调参量(泵浦效率)表示从式（4.30）和（4.31）得到反转粒子数与每立方厘米棒体积上闪光灯输入能量之间的函数关系式为参量只与泵浦结构的效率和灯的光谱输出有关。图4.7以泵浦系数f为参变量，绘出了时，存储能量与每立方厘米棒体积上灯的输入能量的函数关系。图4.5与图4.7完整的描述了Q开关红宝石放大器的性能。根据灯的总输入功率和棒体积，可求出参量。对于一定的，可以从图4.7中得出上能级的存储能量。若已知该值，可以从图4.5中得出放大

6、器在任何输入能量密度时的输出能量。当输入脉冲很短，时，放大过程中的和能级之间不会发生热能转换，因此从红宝石晶体中提取的能量仅取决于能级的粒子数。如果泵浦脉冲到达之前粒子数已经完全反转，则亚纳秒脉冲可以从红宝石中提取的最大能量为由于小信号的增益系数与长脉冲的相同，则由于材料的损伤限制了峰值功率，实际可得的能量密度远低于理论值。2.锁模脉冲放大4.1.2钕玻璃放大器在要求以较高的功率和能量来驱动惯性约束聚变这一目标下，很多实验室开始设计大型钕玻璃系统。最初这些系统以硅酸玻璃作为钕的基质材料，后来改用磷酸玻璃。图4.9示出了激光MOPA系统的原

7、件布局图。在高峰值功率的激光系统中，空间滤波片是重要的原件，它有三种用途：在光束功率按指数规律增大到高功率之前，除去光束中的少量不规则成分；降低光束空间包络中自聚焦相前畸变；扩展光束，使光束形状与不同通光孔的放大器匹配。为了使激光系统比单MOPA产生更多的能量，或者为了获得几种多光束辐射分布，将小MOPA的输出光束分成若干所需要的光束，每条光束都用来激励整个MOPA。另有一种设计采用了MOPA系统，它将初始光束一分为二，然后将它们放大，又将每条光束分开，又放大，如此反复，直到获得所需要的光束数量和总能量。激光玻璃的饱和能量密度与增益截面成

8、反比。k取决于输出能量密度和放大器的脉冲持续时间若脉冲时间低于激光低能级寿命（小于1ns），饱和能量密度由脉冲持续时间决定。图4.10几种硅酸玻璃和磷酸玻璃的饱和能量密度与输出能量密度种硅酸的