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1、工 学 硕 士 学 位 论 文初 始 强 共 轭 声 子 场 改 善 SBS 性能研究熊 耀 臣哈 尔 滨 工 业 大 学2008 年 6 月国 内 图 书 分 类 号 ： O437.2国 际 图 书 分 类 号 ： 535工 学 硕 士 学 位 论 文初 始 强 共 轭 声 子 场 改 善 SBS 性能研究硕 士 研 究 生： 熊 耀 臣导 师 ： 何 伟 明 教 授申 请 学 位： 工 学 硕 士学 科 、 专 业 ： 物 理 电 子 学所 在 单 位 ： 光 电 子 信 息 科 学 与 技 术 系答 辩 日 期： 2008 年 6 月授 予 学 位 单 位 ： 哈 尔 滨 工 业 大 学
2、Classified Index: O437.2U.D.C: 535Dissertation for the Master Degree in EngineeringINVESTIGATION ON SBSPERFORMANCE IN INITIAL STRONGCONJUGATION PHONON FIELDCandidate： Xiong YaochenSupervisor： Prof. He WeimingAcademic Degree Applied for： Master of EngineeringSpeciality： Physical-ElectronicsDept.of Op
3、tic-electronicsAffiliation ： Information Science andTechnologyDate of Defence： June, 2008Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology哈 尔 滨 工 业 大 学 工 学 硕 士 学 位 论 文摘 要受 激 布 里 渊 散 射 （ Stimulated Brillouin Scattering-SBS） 相 位 共 轭 技 术 在 高功 率 激 光 系 统 中 有 着 潜 在 的 应 用 价 值 ， 尤 其 在 ICF 激光驱动器总
4、体方案设计中要 求 SBS 后 向 散 射 光 具 有 很 高 的 稳 定 性 。 SBS 对应的声子场起源于随机噪声，因 此 SBS 会 在 阈 值 的 起 始 点 存 在 抖 动 ， 在 SBS 产生池中事先引入共轭声子场，能 避 免 随 机 抖 动 ， 从 而 提 高 稳 定 性 ， 诱 导声子 场 是 较 有 效 的 方 法 。 本 文 对 诱 导声 子 场 下 的 SBS 作了理论和实验研究。首 先 由 受 激 布 里 渊 散 射 过 程 基 本 耦 合 波 方程组 ， 借 鉴 前 人 工 作 ， 建 立 了 诱导 声 子 场 下 的 SBS 理 论 模 型 ， 并 建 立 了 用
5、于 数 值 计 算 的 物 理 模 型 ， 在 时 间 上 使用 隐 式 有 限 差 分 ， 在 空 间 上 使 用 后 向 差 分法， 对 耦 合 波 方 程 组 离 散 化 。 由 理 论计 算 模 型 ， 编 制 了 模 拟 数 值 计 算 程 序 ， 对 诱 导 声 子 场 下 的 SBS 输出共轭光的波形 和 稳 定 性 随 主 泵 浦 光 延 迟 时 间 、 参 考 光强、 主 泵 浦 光 强 、 介 质 增 益 系 数 、 会聚 透 镜 的 焦 距 的 变 化 规 律 进 行 了 数 值 计 算，得 到 主 泵 浦 光 的 最 佳 延 迟 时 间 和 参考 光 的 最 佳 强 度
6、 。根 据 数 值 模 拟 的 结 果 ， 选 择 与 之 尽 量 一 致的实 验 条 件 ， 对 诱 导 声 子 场 下 的SBS 的输出共轭光的稳定性进行了实验研究，实验得出的规律与理论计算基本一 致 ： 声 子 场 的 提 前 建 立 ， 大 大 缩 短 了 SBS 到 达 阈 值 的 时 间 ， 实 现 了 SBS 输出共 轭 光 的 波 形 和 稳 定 性 的 改 善 。 理 论 和 实验还 得 到 如 下 规 律 ： 主 泵 浦 光 延 迟 时间 为 参 考 光 脉 宽 的 2 倍 ， 参 考 光 强 为 主 泵 浦 光 强 的 1/10 时 建 立 的 诱 导 声 子 场 是最
7、佳 的 。 理 论 上 还 得 到 ： 随 着 主 泵 浦 光 峰值功 率 密 度 的 增 强 ， 输 出 共 轭 光 稳 定性 提 高 ； 随 着 介 质 增 益 系 数 的 增 加 ， 输 出共轭 光 稳 定 性 缓 慢 变 差 ； 焦 距 对 输 出共 轭 光 稳 定 性 影 响 较 大 ， 短 焦 距 输 出 共 轭 光 稳 定 性 较 好 。关键词 受 激 布 里 渊 散 射 ； 输 出 共 轭 光 稳 定 性 ； 声 子 场-I-哈 尔 滨 工 业 大 学 工 学 硕 士 学 位 论 文AbstractPhase-conjugation of stimulated Brilloui
8、n scattering (SBS) would be potentiallyapplied in high-power laser systems. And it is required in general planning design ofInertia Confinement Fusion (ICF) laser driver that the output SBS conjugation waveshould be kept high stability. Phonon field of SBS originated from stochastic noise,so SBS wou
9、ld wobble near the threshold. An efficient means to achieve high stabilityis to entrance conjugation phonon field into the SBS generator which would avoidthe stochastic wobble. This paper theoretically and experimentally studied the outputconjugation wave stability of induced phonon field SBS.First,
10、 from the basic coupled wave equations of SBS process and making referenceto reported work, we constructed the theoretical model of induced phonon field SBS;and then physical models for numerical simulation were built up. Using an implicitfinite differencing in time and a down-wind differencing sche
11、me in space, thedifferencing form of coupled wave equations was established. On the basic of SBStheoretical calculation model, numerical calculation programs for induced phononfield SBS were made. We, through numerical stimulation, got rules of inducedphonon field SBS output waveform and stability w
12、ith main pump delay time,reference intensities, main pump intensities, mediator gain coefficient and focallength in the structure. We got the optimal main pump delay time and the optimalreference intensity, output conjugation wave stability improved with the main pumpintensity, but it could be worse
13、 with the mediator gain coefficient and focal length.We respectively experimented on stability in induced phonon field SBS. And theresults accorded with the theoretical simulation: induced phonon field can improvethe output conjugation waveform and stability. And we got these rules: when mainpump de
14、lay time is the double of reference pulse width and reference intensity is1/10 main pump intensity, the induced phonon field must be optimum.Keywords stimulated Brillouin scattering; output conjugation wave stability;phonon field- II -哈 尔 滨 工 业 大 学 工 学 硕 士 学 位 论 文目 录摘 要 . IAbstract . II第 1 章 绪 论 . 11.1 论 文 背 景 . 11.2 SBS 相 位 共 轭 技 术 研 究 与 应 用 . 31.2.1 SBS 相 位 共 轭 技 术 理 论 研 究 . 31.2.2 SBS 相 位 共 轭 技 术 应 用 研 究 .
