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宽带脉冲光束传输及其小尺度自聚焦性质研究

朱静  
【摘要】:小尺度自聚焦是限制高功率激光驱动器的系统性能和效率的主要因素之一,人们一直在采取各种手段抑制小尺度自聚焦的发生,提高强激光的光束质量。随着惯性约束聚变激光驱动器技术的快速发展,宽带脉冲光束因其自身优点而被逐渐应用于高功率激光系统中。此类脉冲光束在传输过程中可以显著的抑制光束的小尺度自聚焦,同时带来一系列的新的传输效应,成为当今激光技术领域的一个研究热点。 本文在理论上研究了宽带激光脉冲光束传输的小尺度自聚焦问题,并给出了一些数值模拟结果。本文共分五章:第一章为前言;第二、三、四章介绍了作者在硕士研究生期间做的部分工作;第五章为结束语。具体内容安排如下: 第一章:简要回顾了高功率激光驱动器中的小尺度自聚焦现象,以及超短脉冲和宽带脉冲光束进展及其性质。 第二章:首先介绍了片状放大器的非线性传输模型,然后结合Bespalov-Talanov(BT)理论,通过把介质片厚度和片间空气间隔转化为线性与非线性传输距离比来研究系统B积分值和空气间隔对非线性增益谱的影响。结果表明,在其他参数不变的情况下,线性与非线性传输距离比越大,增益谱向长波方向的移动越显著;而介质片数越多,增益谱的最高增益升高越显著。同时,放大器片数和B积分值对增益谱的峰和零点位置亦有一定影响。 第三章:从Maxwell方程组出发,对高功率宽带脉冲光束的非线性传输性质进行了讨论。通过将巨啁啾项提出单独计算,大大简化了其传输过程中产生的大啁啾脉冲传输的数值计算问题。同时,通过对宽带脉冲光束的空间调制光通量的讨论,进一步分析了带宽对空间调制不稳定性的影响。忽略色散效应后的讨论结论是,非线性增益受带宽影响很小,而这样的结果与数值模拟的结果有一定差距,说明在宽带脉冲光束的非线性传输模型中不能忽略色散效应的影响。 第四章:将巨啁啾作为主要的时间调制,讨论了宽带脉冲光束传输过程中的小尺度自聚焦,并根据高功率激光器的设计要求,系统地讨论了脉冲光束的带宽、B积分值以及群速度色散参数β_2对时空调制不稳定性的影响。在宽带脉冲光束的传输问题中,群速度色散参数β_2是一个不可忽视的参数,同时脉冲带宽和B积


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