Оптимизация пространственных и спектральных характеристик многокаскадных параметрических усилителей петаваттного уровня мощности

• Автор: Гинзбург, Владислав Наумович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 102 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Теоретическое исследование широкополосного

параметрического усиления света

1.1 Условия и характеристики широкополосного параметрического усиления в нелинейных кристаллах KDP, DKDP, ВВО
1.1.1 Анализ условий широкополосного синхронизма в нелинейных кристаллах. Фазовый, широкий и сверхширокий синхронизм
1.1.2 Исследование характеристик широкополосного синхронизма в нелинейных кристаллах KDP, DKDP и ВВО

1.1.3 Сравнение кристаллов KDP и DKDP

1.2 Практические аспекты широкополосного параметрического усиления в

кристаллах DKDP

1.2.1 Влияние степени дейтерирования кристаллов DKDP на характеристики параметрического усиления
1.2.2 Связь перестроечной характеристики и зависимости расстройки волновых векторов от частоты
1.3 Оптимизация трехкаскадного параметрического усилителя
1.3.1 Оптимизация параметров инжектируемого пучка
1.3.2 Компенсация поперечного распределения фазы сигнала в двухкаскадной схеме
1.3.3 Нелинейный режим усиления в 3-м каскаде
1.3.4 Оптимизация спектральных и временных характеристик импульсов взаимодействующих волн
1.4 Заключение к главе
Глава 2. Экспериментальное исследование многокаскадного параметрического усиления широкополосного излучения в кристалле DKDP
2.1 ОРСРА лазерный комплекс PEARL
2.2 Методика юстировки и контроля параметрических усилителей
2.3 Формирование пространственной структуры сигнального излучения
2.4 Исследование спектральных характеристик параметрических усилителей
2.5 Оптимизация спектральных характеристик усилителя с помощью акусто-оптического модулятора
2.6 Заключение к главе
Заключение
Литература

Введение
Лазеры петаваттного уровня пиковой мощности - один из передовых рубежей современной науки, открывающий широкие горизонты для новых практических приложений и уникальных фундаментальных исследований. При фокусировке петаваттного лазерного импульса фемтосекундной длительности достигаются гигантские значения интенсивности светового излучения 1022 Вт/см2 и выше, при этом напряженность электрического поля на 3 порядка превосходит внутриатомное значение, а плотность энергии и световое давление больше соответствующих значений внутри Солнца или в эпицентре ядерного взрыва. Петаваттные лазеры позволяют создавать и изучать недостижимые ранее в лабораторных условиях экстремальные состояния вещества, осуществлять ускорение заряженных частиц до ультрарелятивистских энергий с рекордными темпами, на несколько порядков превосходящими лучшие показатели традиционных ускорителей, получать сверхкороткие импульсы рентгеновского и гамма-излучения рекордной яркости. Они завоевывают области перспективных применений в ускорительной технике, энергетике, биомедицине, диагностике, военно-технических приложениях.
С момента создания более 50-ти лет назад первого лазера одной из важнейших целей квантовой электроники было и остается увеличение пиковой мощности лазерного излучения. Появление методов укорочения лазерных импульсов, таких как модуляция добротности и синхронизация мод, привело к экспоненциальному возрастанию достигнутых интенсивностей, и уже к концу 1960-х годов был превышен уровень 1014 Вт/см2. Это казалось естественным пределом для обычных лазерных сред, поскольку попытки получения больших интенсивностей сопровождались самофокусировкой излучения, оптическим пробоем материалов и их разрушением.
Изобретение в 1985 г. метода усиления чирпированиых (частотно-модулированных) импульсов (Chirped Pulse Amplification — CPA) [1] позволило преодолеть эти сложности. Идея метода заключается в том, что исходный лазерный импульс пропускается через стретчер — дисперсионную оптическую систему, придающую импульсу сильную линейную частотную модуляцию (так называемый чирп). При этом первоначально короткий импульс оказывается растянутым во времени в несколько десятков тысяч раз за счёт разнесения его спектральных компонент. Такой растянутый чирпированный импульс обладает значительно меньшей интенсивностью по сравнению с интенсивностью первоначального. Далее импульс усиливается

1.2.2 Связь перестроечной характеристики и зависимости расстройки волновых векторов от частоты
Существование сверхширокополосного усиления в кристалле БЬСОР для центральной длины волны сигнала 910 нм при длине волны накачки 527 нм, а также корректность учета влияния степени дейтерирования кристалла с помощью выражения (13) (см. данные в таб.2) получили подтверждение в ходе серии экспериментов [44], нацеленных на измерение перестроечных характеристик, т.е. зависимостей углов ф1з(?чо) и ф2з(го) от угла 0з при точном синхронизме:
= (л О )+ 2 (Л-20 )
Интерес к этим зависимостям обусловлен следующими обстоятельствами. В эксперименте затруднительно непосредственно измерять зависимость Дк(О). В то же время, угол ф1з(А,ы) определяется соотношением:
со5<р„(Л10) = к' (14)
2кМо)-к3
дифференцируя которое нетрудно показать, что если для некоторых значений ?чо, Фв и 0з выполняются условия широкого синхронизма (4,5), то = 0, а при выполнении

условий сверхширокого синхронизма (4,5,7) в ноль обращается и вторая
производная: = 0. Таким образом, вид перестроечной кривой фпно) для

некоторого значения 0з позволяет судить о характере зависимости Дк(£7) для тех же значений Яд, 0з-
Заметим, что наличие горизонтального участка на измеряемой перестроечной характеристике для внешнего угла |/1з(Х.О свидетельствует о правильной настройке угла 0з, а по наклону зависимости фгз-г) можно определить необходимую угловую дисперсию инжектируемой волны для получения коллимированного сигнала (см. выражение (11)).
Экспериментально перестроечные характеристики могут быть измерены при инжекции в параметрический усилитель перестраиваемого по частоте узкополосного излучения, при этом максимальному коэффициенту усиления для каждой частоты будет соответствовать свой угол инжекции, и измерение угла выхода сигнального излучения даст соответствующую перестроечную характеристику.