论文部分内容阅读
在PW激光系统中，高峰值功率激光脉冲的产生必须做到有效的从增益介质中抽取能量，从而获得有效放大；同时又必须克服在放大过程中极高峰值功率给放大器带来的损伤，这就是几乎所有的高峰值功率超快激光系统都采用了啁啾脉冲放大技术(CPA)和脉冲压缩的原因。该论文工作的重点是脉冲展宽器的设计与实验。该文还针对设计的反射式单光栅展宽器建立了数学模型，进行了较为全面的数值模拟计算。
主要研究成果：
1.设计了反射式单光栅展宽器。
2.用光线追迹法给设计的展宽器建立了数学模型，并进行了较为全面的数值模拟，包括：
1)利用这个模型对展宽器中元件失调对展宽器二阶色散和输出光束发散角的影响，以及展宽器中球面反射镜和光栅尺寸的有限大小对带通的影响进行了模拟计算。发现当平面反射镜M1的纵向偏离角为0.2度时，展宽器的二阶色散量最大；偏离角大于或小于0.2度时，展宽器的二阶色散量随之减小，得到了元件失调会增加输出光束发散角的结论。并发现展宽器中衍射光栅和球形凹面镜尺寸的有限大小对带通有限制作用。提出了利用反射镜M1纵向的适当偏离增大展宽器二阶色散量的方法，以及增大衍射光栅和球形凹面反射镜尺寸来提高展宽器带通的方法，从而进一步减少展宽过程中的光谱剪切。
2)通过数值模拟计算，分析了残留的高阶色散和B积分对输出脉冲波形和强度对比度的影响，以及不同量值的残留色散和B积分对输出脉冲波形和强度对比度的不同影响，从而找到了各阶色散量对输出脉冲波形和信噪比产生明显影响的临界值。
3)从理论上对PW激光系统的几种色散来源进行了分析和讨论，采用数值拟和的方法获得了钕玻璃和K9玻璃折射率公式的系数，推导了表征各阶色散的导数的表达式，并对PW激光驱动器增益介质钕玻璃和由K9玻璃加工的光学元件引入的附加高阶色散量进行了计算。通过对亚皮秒脉冲的展宽和压缩进行模拟，发现放大过程中引入的高阶色散对输出脉冲质量的影响可以近似忽略。
3.分析和讨论了色散的补偿问题，并提出了有效的补偿方法。
4.使用这个展宽器，在实验中成功的从脉宽为100fs，谱宽为16nm的超短种子脉冲中提取了谱宽为0.4nm，脉宽为500ps的激光脉冲。展宽后的脉冲仍具有较好的输出质量，基本达到了实验的预期要求。