受激布里渊散射组束激光器的研究.doc

国内图书分类号：O437.2 国际图书分类号：535  学校代码：10213 密级：公开  硕士学位论文 受激布里渊散射组束激光器研究 硕 士 研 究 生 ： 郭琦 导 师： 吕志伟 教授 申 请 学 位 ： 工学硕士 学 科、专 业： 物理电子学 所 在 单 位 ： 光电子信息科学与技术系 答 辩 日 期 ： 2010 年 6 月 授予学位单位： 哈尔滨工业大学 Classified Index: O437.2 U.D.C: 535 Dissertation for the Master Degree in Engineering RESEARCH ON STIMULATED BRILLOUIN SCATTERING BEAM COMBINATION LASER  Candidate: Supervisor: Academic Degree Applied for: Specialty: Affiliation: Date of Defense:  Guo Qi Prof. Lu Zhiwei Master of Engineering Physical-Electronics Dept. of Opto-electronics information Science and Technology June, 2010 Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文  摘  要  重复频率、高功率、大能量的激光可以广泛地应用于军事、科研和工业等 领域。单束激光器能量的增加存在着不可避免的限制，因此现在的大能量激光 系统往往工作在单次状态，难以达到重复工作的要求。如何获得高重复频率、 高功率、大能量的激光输出一直是科技界关心而又难以解决的问题。激光组束， 由于其使单路激光运转在小能量、低功率的状态下，避开了单路激光在增加激 光能量和功率方面的诸多限制，成为了获得大能量、高功率激光的有效途径之 一，受到了人们的广泛关注。 目前激光组束的研究虽然已经发展了很多种方案，但是都没有达到实用的 水平。SBS 激光串行组束基于布里渊放大的原理，利用一束 Stokes 光逐级抽取 泵浦光束中的能量，可使多束光的能量向一束光转移，最终实现多束激光的合 成输出。SBS 激光串行组束是一种完全相干组束，获取的输出激光束在物理上 是单束光，且系统可升级性高。 本文首先从 SBS 的经典理论出发，建立了 SBS 激光串行组束的物理模型。 运用共线布里渊放大的模拟程序，研究了系统各参数——泵浦参数、结构参数、 介质参数等，对共线强信号布里渊放大的能量提取效率及光束质量的影响，并 进行了实验验证。实验上，在泵浦光与 Stokes 光能量比为 39.5:1 时，可达到 400mJ 的输出能量，获得 80%以上的能量提取效率。泵浦光的主要作用是提供 能量，而输出光的光束质量主要由 Stokes 光决定。 其次，对非共线布里渊放大中的相位匹配进行了研究。从理论上分析了非 共线布里渊放大效率下降的主要原因，即 Stokes 光与泵浦光的夹角造成的波矢 失配。给出波矢失配对布里渊放大的影响，并提出用控制放大介质频移的方法 来消除波矢失配，并进行了实验验证。 论文最后给出了 SBS 激光串行组束系统的设计，采用共线结构单元与非共 线结构单元相结合的思想，并给出其中共线结构单元与非共线结构单元的设计 依据。 关键词：激光组束；强信号布里渊放大；波矢失配 - I- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 Abstract High-power/energy laser with a high repetition rate is widely used in several subjects, such as inertial confinement fusion, material processing and so forth. However, high thermal load and the crystal-growth volume constraint the development of higher energy solid state laser system. Therefore, the method to obtain a high-power/energy laser with a high repetition has been a focus of research recently. The beam combination is a promising method in overcoming these p