《自适应超短脉冲放大技术与激光二极管线阵整形耦合技术研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自适应超短脉冲放大技术与激光二极管线阵整形耦合技术研究（140页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、劣臻 ) 户 尸l 博士学位论文 l8l8268 白适应超短脉冲放大技术与激光二极管线阵 整形耦合技术研究 R e s e a r c ho nA d a p t i v eA m p l i f i c a t i o no fU l t r a s h o r tP u l s e s a n dB e a mS h a p i n g & C o u p l i n g T e c h n o l o g i e sf o rL a s e r D i o d eB o r s 作者：耿蕊 导师：简水生教授、中科院院士 北京交通大学 2 0 1 0 年6 月 学位论文版权使用授权书 本学
2、位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。 同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：百嘭蘑 导师签名： 签字日期：M I ) 年- 7 月f 日 签字日期：加I D 年7 月j 日 学校代码：1 0 0 0 4 密级：公开 自适应超短脉冲放大技术与激光二极管线阵整形耦合技术研究 R e s e a r c ho nA d a p t i v eA m p
3、l i f i c a t i o no fU l t r a s h o r tP u l s e sa n dB e a m S h a p i n g & C o u p l i n gT e c h n o l o g i e sf o rL a s e r D i o d eB a r s 作者姓名：耿蕊 导师姓名：简水生 学位类别：工学 学号：0 5 1 1 1 0 2 7 职称：教授、院士 学位级别：博士 学科专业：通信与信息系统研究方向：超短脉冲光纤激光系统 北京交通大学 2 0 1 0 年6 月 致谢 首先，我要感谢我尊敬的导师简水生院士，本论文的研究工作是在他的悉心 指导与
4、不断勉励下完成的，从最初研究方向与选题的确定，到中期课题相关理论 与实验的探讨和指导，直至最后论文的撰写，每一个过程都凝聚着恩师对我的关 心与教诲。五年前，我刚刚步入科学研究的殿堂，导师那博大的爱国情怀就深深 地感动了我，感染了我；五年来，导师那渊博的学识、严谨求实的治学态度和勇 于创新的科学态度更是深深地令我折服，无时不刻不在激励和教育着我在科学研 究的道路上刻苦努力，创新迸取。在日常的学习和工作中，导师对科学问题的敏 锐观察力和独到视角让我受益良多，在学生科研能力培养中理论深度与实践能力 兼顾的方法更是让我处理实际问题的能力得到极大地提高；同样，在生活上，导 师也给予了我无微不至的关怀，恩
5、师的温情我永生难忘。在此谨向我的导师简水 生院士致以最诚挚的谢意。 衷心地感谢我在英国留学期间的导师，南安普顿大学的D a v i d ES h e p h e r d 教 授，感谢他在学习和生活上给予我的无私帮助。感谢S h e p h e r d 教授在自适应脉冲整 形技术和光参量放大理论方面的悉心指导，在自适应啁啾脉冲放大实验开展过程 中的全力支持与持续勉励。感谢北京交通大学光波技术研究所所有帮助过我，和 我一起工作、学习过的老师和同学们，特别要感谢张帆与王春灿老师，五年来在 大功率光纤激光器与放大器的泵浦耦合研究上给予我的无私帮助和指导；感谢延 凤平教授，简伟高工，娄淑琴教授，宁提纲教
6、授，裴丽教授，陈根祥教授，王均 宏教授，江中澳教授和傅永军老师在实验和理论上的热情帮助，感谢姚磊，李宏 雷，陈卫国和王立文同学在拉丝和制棒实验上的帮助；还要感谢陆玉春、刘楚同 学在实验及理论上的有益讨论与协助，感谢刘鹏、郑晶晶、赵瑞峰、范林勇、江 微微等同学在实验上的支持和帮助。感谢在我留学英国期间，在工作和生活上给 予我热情帮助的J e r r yP r a w i h a r j o ，H a z e lS S H u n g ，N i k i t aK D a g a ，F l o r i a nK i e n l e ， 应勇俊，柳胜，高宗盛等等。 感谢国家“8 6 3 ”计划、国家自
7、然科学基金、国家留学基金委以及英国工程和 自然科学研究委员会( E n g i n e e r i n ga n dP h y s i c a lS c i e n c e sR e s e a r c hC o u n c i l E P S R C ) 对本文中工作的支持与资助。 最后，我要特别感谢我的父母二十多年来的默默支持和奉献，感谢我的家人、 朋友五年来的一路陪伴和鼓励，你们的理解与支持始终是我坚持努力奋斗的源动 力。 中文摘要 中文摘要 摘要：基于双包层掺杂光纤的高能超短脉冲激光系统损耗小、阂值低、效率高， 易实现小巧、紧凑的结构设计，在国防、军事和工业加工等领域有着极其广泛的 应
8、用。如何进一步提高脉冲能量及功率是当前超短脉冲放大技术的研究重点。本 论文对啁啾脉冲放大( C P A ) 技术与自适应脉冲整形技术结合实现超短脉冲的功率 放大，以及光纤激光系统泵浦技术激光二极管线阵的光束整形与耦合技术进 行了深入的理论与实验研究，获得的主要创新成果如下： 1 建立了一个基于双包层掺镱光纤放大器的自适应脉冲整形C P A 系统模型，利用 该模型，首次对C P A 系统及放大器内自相位调制等超短脉冲功率放大的限制因 素进行了分别补偿，并分析了补偿过程中自适应脉冲整形的作用机理。首次对 比了相位整形、幅度整形及二者同时整形对输出脉冲功率提高的不同效果，理 论上证明了幅度与相位同时
9、调制的整形方式更有利于系统获得高质量、高能量 的超短激光脉冲输出，分析了不同优化参数对补偿效果的影响，研究结果对实 验系统的建立和调试具有指导意义。 2 在理论分析的指导下，参与搭建和调试了一个自适应控制的C P A 实验系统。 该系统引入自适应脉冲幅度和相位同时整形实现了高功率超短激光脉冲输出， 输出脉冲的平均功率高达1 2 6 W ，重复频率5 0 M H z ，脉冲宽度1 7 0 f s ；系统将 为智能中红外波段脉冲产生器提供激光脉冲源，整形后脉冲经光参量过程频率 转换至 坌Z S b ( m i d i n f r a r e d ：M I R ) 波长，产生可以自适应控制形状与特性
10、参数的 M I R 超短脉冲，可用于分子的相干控制实验。 3 建立了激光二极管线阵的非序列光学模型，并在此基础上设计了一种通过均衡 线阵快慢轴方向光束参数积来提高光束质量的整形方案。该方法利用微型反射 镜和平行六面体棱镜对光束进行准直、分割及重排，消除各发光区之间不发光 间隔的影响，得到占空比为l 的输出光束。整形后光束能量集中，亮度明显提 高，经球透镜聚焦后更易与光纤耦合。 4 提出了一种成本低廉、操作简单，材料与技术成熟、易于推广的微透镜制作方 法，并用此方法制成了分别用于激光二极管线阵快、慢轴光束准直的透镜。研 究结果表明，准直后光束消除了发光区间不发光间隔的影响，在水平和竖直方 向上的
11、光强度重新分布，光束质量和亮度得到大幅度的提高。 5 提出了两种制作直径渐变型石英锥体的方法，拉丝法与氢氟酸腐蚀法；通过分 析它们的动态过程，得出了各自的锥体直径随长度变化的关系曲线，与实测结 果一致性较好。研究结果表明，腐蚀法制作的石英锥体与激光二极管线阵的耦 合效率较高，可达7 6 。因此，利用其对光束的分束聚焦功能，可以实现激光 J 这将极大地提高光纤激光系统 啾脉冲放大；自适应脉冲整形； A BS T R A C T A B S T R A C T ：R a r e - e a r t h d o p e dd o u b l e - c l a df i b e rb a s e d
12、h i g h - p o w e ra n dh i g h e n e r g y u l t r a s h o r tp u l s e sl a s e rs y s t e m sh a v eb e e nw i d e l yu s e di nn a t i o n a ld e f e n s e ，i n d u s t r i a l p r o c e s s i n ga n dm i l i t a r yd u et ot h e i ro u t s t a n d i n ga d v a n t a g e si nh i g he f f i c i e
13、 n c ya n d c o m p a c t n e s s T h u s ，s t u d yo nt h ee n h a n c e m e n to ft h ee n e r g ya n dp o w e ro fu l t r a s h o r t p u l s e si sr e a l l ya t t r a c t i v ec u r r e n t l y T h i sd i s s e r t a t i o ni sm a i n l yd e v o t e dt ot h ed e t a i l e d t h e o r e t i c a
14、la n de x p e r i m e n t a lr e s e a r c h e so n ：a d a p t i v ep u l s es h a p i n gt e c h n i q u e su s e df o r p o w e ra m p l i f i c a t i o no fu l t r a s h o r tp u l s e si nc h i r p e dp u l s ea m p l i f i c a t i o n ( C P A ) s y s t e m ， b e a m s h a p i n go fl a s e rd i
15、 o d eb a r s ( L D B s ) ，a n dm e t h o d so fe n h a n c i n gt h ep u m pc o u p l i n g e f f i c i e n c yf o rL D B sw i t hd o u b l e e l a df i b e r s T h em a i na c h i e v e m e n t So ft h i st h e s i sa r e l i s t e da sf o l l o w s ： 1 An u m e r i c a lm o d e lf o rY b - d o p
16、e df i b e ra m p l i f i e rb a s e dC P A s y s t e mw i t ha d a p t i v e p u l s es h a p i n gi sf o u n d W i t ht h i sm o d e l ，s e v e r a lp r i m a r yl i m i t i n gf a c t o r si np o w e r a m p l i f i c a t i o no ft h eo u t p u tp u l s e so ft h es y s t e ma r ec o m p e n s a t e dr e s p e c t i v e l y ； m e a n w h i l e ，t h ef u n c t i o no ft h ea d a p t i v ep u l s es h a p i n gi ne a c hc o m p e n s a t i o n p r o c e d u r ei sa l s
