高功率激光驱动器宽带三次谐波转换研究

【摘要】：激光与等离子体相互作用中的各种不稳定性，必须通过对驱动激光采取时间和空间去相干等光束匀滑化措施来抑制，但光束的匀滑效果与驱动激光的带宽成正比。驱动激光带宽至少达到0.3～0.5nm时，才能有效利用光谱色散匀滑或空间感应不相干等技术来改善光束的近场和远场聚焦均匀性。另外就激光器本身而言，激光的宽频带有助于激光放大器的储能的提取，抑制激光器中的大口径光学元器件的横向受激布里渊散射带来的破坏，但是受KDP晶体材料特性的影响，随着基频光束带宽的增加，三次谐波转换效率会明显下降，目前高效宽带谐波转换技术已成为高功率激光器发展的瓶颈，急需发展接收带宽至少为0.3～0.5nm的宽带三次谐波转换技术。 在国外多种宽带三次谐波转换方案的中，双混频方案只需要在原来的谐波转换系统后面再串接一块KDP晶体就实现了高效宽带三次谐波转换，从经济和技术角度考虑都是目前的最佳选择。根据国内高功率激光发展的需要，本文深入跟踪研究了双混频晶体方案的工作原理和设计方法，主要内容有以下几方面： 1．利用离散傅立叶变换结合4阶隆格—库塔积分方法研究了时间相位调制脉冲的三次谐波转换，发现时间相位调制会带来输出脉冲的时间强度调制，随着时间相位调制的深度加大，脉冲强度调制也越大，而三次谐波转换效率下降越明显。 2．研究比较了几种宽带三次谐波转换方案原理和优缺点，特别深入研究了双混频晶体三次谐波转换方案的原理和设计方法。对这种方案，本文建立了小信号分析模型，并在高功率条件下做了许多的数值计算研究，其结果与国外论文数据比对是相符合的，为以后的设计优化工作的进行奠定了理论基础。 3．设计了一个双混频晶体宽带三次谐波转换方案，并在联合实验室二路装置上利用啁啾宽带激光脉冲验证了其工作原理，得到的实验结果为类似的系统设计提供了重要的依据和参考。