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纳秒激光在液体介质中的光谱展宽研究

作　者: 王咏
导　师: 吕志伟；何伟明
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 物理电子学
关键词: 光谱展宽自相位调制自聚焦成丝光学击穿
分类号: TN241
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 92次
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内容摘要

宽频带激光在高功率激光系统中传输能消除菲涅耳衍射,从而可抑制小尺度自聚焦。另外,激光的宽频带同时也能抑制光学元件的横向SBS效应、改善光束的近场均匀性等,从而有利于放大器储能的提取及光束质量的提高。本文通过纳秒高功率激光与液体介质相互作用,利用介质的非线性效应使单纵模激光光谱展宽。从理论和实验两方面研究了三种介质CS2、CCl4和H2O中,池长、入射脉冲峰值功率、脉宽和光束直径各参数对光谱展宽量的影响。首先理论上从麦克斯韦方程组出发,在考虑非线性极化强度的情况下,利用慢变振幅近似、介质瞬时响应、介质各向同性以及光波的近轴传输等近似之后,推导出了光波传输的非线性薛定谔方程。然后,从非线性薛定谔方程出发,来讨论介质中自聚焦效应。推导出计算自聚焦焦距公式和自聚焦阈值功率公式。发现自相位调制是导致光谱展宽的主要机制,并推导出计算光谱展宽量的公式。简单地讨论了输出激光的偏振特性。实验上通过改变各参数来摸索其对光谱展宽的影响,并与理论计算相比较。实验上获得最大光谱展宽1.26nm。我们发现光谱展宽量随池长的增加而增加;随介质非线性折射率系数n₂的增加而增加;随入射脉冲功率的增加而增加,而且有一功率阈值;这一功率阈值主要由介质性质决定,与介质非线性折射率n₂成反比关系。光谱展宽量随入射脉冲宽度的减小而增加,在纳秒范围内变化较为缓慢。光谱展宽量随光束直径的增加而减少,而且表现出与光束直径平方的倒数成正比的关系。一旦光谱展宽,出射脉冲波形相对于入射脉冲波形就发生畸变。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-18
  1.1 研究目的及意义  8-10
    1.1.1 激光束平滑化技术  9
    1.1.2 宽带激光的优点  9-10
  1.2 国内外光谱展宽技术的研究现状及分析  10-17
    1.2.1 振荡器多纵模输出的研究概况  10-11
    1.2.2 非线性作用引起谱线加宽的研究概况  11-17
  1.3 本论文主要工作  17-18
第2章光束在非线性介质中的传输  18-33
  2.1 非线性介质中的波动方程  18-22
  2.2 介质中自聚焦效应  22-28
    2.2.1 稳态自聚焦  22-27
    2.2.2 动态自聚焦  27-28
  2.3 光束的自相位调制导致光谱展宽  28-31
    2.3.1 理想情况下的自相位调制  28-29
    2.3.2 运动焦点理论下的自相位调制  29-31
  2.4 输出激光偏振特性  31-32
  2.5 本章小结  32-33
第3章光谱展宽的数值计算  33-40
  3.1 光谱展宽量随介质池长的变化规律  33-34
  3.2 光谱展宽量随入射功率的变化规律  34-36
  3.3 光谱展宽量随入射脉冲宽度的变化规律  36-38
  3.4 光谱展宽量随光束直径的变化规律  38-39
  3.5 本章小结  39-40
第4章光谱展宽的实验研究  40-55
  4.1 实验装置  40-41
  4.2 实验结果  41-52
    4.2.1 介质池长对光谱展宽量的影响  41-43
    4.2.2 入射功率对光谱展宽量的影响  43-48
    4.2.3 入射激光脉宽对光谱展宽量的影响  48-50
    4.2.4 入射激光光束直径对光谱展宽量的影响  50-52
  4.3 输出脉冲波形变化  52-53
  4.4 本章小结  53-55
结论  55-57
参考文献  57-61
攻读学位期间发表的学术论文  61-63
致谢  63

纳秒激光在液体介质中的光谱展宽研究

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