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百焦耳固体激光器的总体设计及关键问题研究

作　者: 李森森
导　师: 吕志伟
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 光学工程
关键词: 高功率激光固体激光器能流优化衍射效应
分类号: TN248.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

在光与物质相互作用等研究领域，高能高功率激光发挥着重要作用。目前，在高能高强激光紫外光学元件损伤机理研究的牵引下，本实验室正在建造一台具有高能高强输出能力的标准光源。作为“用户装置”，该光源必须具备高光束质量、高稳定性、高运行效率等特点。本论文对该激光装置的总体设计及关键问题进行了分析与研究。首先，根据用户需求与现有条件确定了激光装置输出指标。为了研究材料（主要是熔融石英和KDP晶体）的紫外损伤机理，激光缩束后在一定面积上（约1cm~2）通量需在30J/cm~2以上，所以，本装置设计输出水平优化点为100J/1ω/3ns和50J/3ω/3ns，光束口径Φ60mm。整个装置包括前端系统、预放系统、主放大系统、倍频系统、测量系统和集成控制系统六大部分。其次，设计了装置的总体构型、能流分布及光路排布。在确定输出指标后，考虑前端系统稳定输出能力，优化中间的预放和主放系统，确定了全系统的能流分布。设计了主放系统和后续倍频系统和测量系统的光路排布，全系统像传递，合理分布放大、滤波和隔离单元。光路整体规模庞大，故采用立体光路结构，分布在一个长7m宽1.5m高2.2m的桁架两侧，体现了装置的紧凑性。最后，分析了影响激光装置高光束质量、高稳定性、高运行效率的主要因素，并给出了相应的解决方案。由于规模庞大、器件繁多，为保证稳定性，装置主体固定在碳钢桁架上。采用大菲涅耳数传输、大空间软化因子等方法控制衍射效应；采用空间滤波器滤波和液晶光阀整形等方案提高近场光斑均匀性；通过控制B积分、双程离轴放大和避鬼点等方法防止元件损伤，提高装置的运行安全性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-15
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  10-11
  1.2 高功率固体激光装置国内外研究现状  11-13
    1.2.1 美国国家点火装置  11-12
    1.2.2 中国神光装置  12-13
    1.2.3 高功率固体激光装置中的问题  13
  1.3 本论文的主要研究内容  13-15
第2章百焦耳固体激光装置总体设计  15-46
  2.1 引言  15
  2.2 总体设计原则与设计思路  15-16
    2.2.1 总体设计原则  15-16
    2.2.2 总体设计思路  16
  2.3 输出指标设计  16-20
    2.3.1 输出口径  16
    2.3.2 输出能量  16-17
    2.3.3 输出脉宽  17-18
    2.3.4 近场调制度  18-19
    2.3.5 其他指标要求  19-20
  2.4 总体构型设计  20-27
    2.4.1 总体构型简介  20-22
    2.4.2 能流特性分析  22-27
    2.4.3 总体构型设计小结  27
  2.5 各系统指标要求  27-45
    2.5.1 前端系统  28-31
    2.5.2 主放大系统  31-35
    2.5.3 预放大系统  35-37
    2.5.4 倍频系统  37-41
    2.5.5 光束控制与测量系统  41-43
    2.5.6 计算机集成控制系统  43-45
  2.6 本章小结  45-46
第3章百焦耳固体激光装置光学设计  46-62
  3.1 引言  46
  3.2 设计思路  46-47
  3.3 光路排布设计  47-53
    3.3.1 水平光路设计  47-50
    3.3.2 双面立墙光路设计  50-53
  3.4 关键问题分析  53-60
    3.4.1 全系统像传递设计  53-54
    3.4.2 “鬼点”分析  54-57
    3.4.3 传输菲涅耳数分析  57-59
    3.4.4 精确光路追踪分析  59-60
  3.5 装置的输出功能  60-61
  3.6 本章小结  61-62
第4章百焦耳固体激光装置关键问题分析  62-80
  4.1 引言  62
  4.2 光束近场控制  62-72
    4.2.1 光斑均匀性控制  62-63
    4.2.2 衍射效应控制  63-69
    4.2.3 光束高频调制控制  69-72
  4.3 光束时间波形控制  72-73
    4.3.1 波形畸变控制  72-73
    4.3.2 脉冲交叠问题  73
  4.4 装置安全运行问题  73-77
    4.4.1 B 积分控制  74-75
    4.4.2 双程离轴放大设计  75-77
  4.5 结构稳定性  77-78
  4.6 本章小结  78-80
结论  80-82
参考文献  82-86
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  86-88
致谢  88

百焦耳固体激光器的总体设计及关键问题研究

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