高峰值功率可调谐中红外激光的产生研究

高峰值功率可调谐中红外激光的产生研究

作者:师大云端图书馆 时间:2015-11-28 分类:期刊论文 喜欢:4210
师大云端图书馆

【摘要】中红外波段是非常重要的电磁辐射波段,在很多科学技术领域具有重要的应用。典型的中红外波段为3μm到5μm,这个频率范围对应着多数重要分子的振转能级。另外,由于地球大气层的两个透过率“窗口”为3μm-5μm和8μm-13μm,中红外激光在大气层中有更高的透过率。因此,高功率中红外激光在光谱学、材料科学、化学、生物分子学、强场物理、远程遥感、通讯和国家防御等领域都有重大的应用潜力。近二十年来,可见光和近红外波段的超短强脉冲技术已经发展得相当成熟,出现了一些商品化的高功率超快激光器,比如常见的钛宝石再生放大器系统。相对而言,由于中红外能级型增益介质的严重匮乏,目前尚不具备搭建中红外波段的啁啾脉冲放大器(CPA)系统的条件。因此,高峰值功率的中红外波段激光技术远落后于可见光和近红外波段。近十几年来蓬勃发展光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)技术也可以对超短脉冲进行放大。与CPA技术相比,OPCPA技术具有很多优势,比如可以提供更高的增益、更大的增益带宽和更高的信噪比。而且,OPCPA放大的信号光的中心波长更加灵活。因此,将OPCPA技术拓展到中红外波段是发展高峰值功率中红外激光的一个可行的方案。但是,目前中红外波段OPCPA的发展仍然存在很多困难,比如中红外光栅衍射效率低、大口径非线性晶体的匮乏、性能良好的可调谐种子源产生困难等等。本论文针对中红外高功率激光的发展需求,以中红外OPCPA为技术基础,探讨了高功率可调谐中红外飞秒脉冲激光系统的设计,提出了“中红外飞秒OPA注入结合中红外非共线OPCPA放大”的新方案。建立了高功率可调谐中红外超快激光的技术验证平台,产生了120GW的高峰值功率中红外飞秒脉冲,高于至今为止国内外报道的功率指标,同时在高功率状态下(>10GW),首次实现了中红外飞秒激光的波长可调谐(3.3μm-3.95μm)。论文的主要内容和创新点如下:一、提出了一种新型的基于宽带、窄带激光相互作用的宽带频率转换技术,可用于产生宽带中红外波段种子激光或者宽带蓝光、紫外波段激光。相对于传统的宽带飞秒激光脉冲之间的频率转换过程,在相互作用的三波之中引入一束窄带脉冲激光,可以减小脉冲之间群速度走离(GVM)的影响,获得更大的位相匹配带宽,因此可以得到更高的转化效率。为了验证这种全新的宽带频率转换技术,我们进行了基于和频过程(SFG)的验证性实验,证实了相对于传统的宽带脉冲作用方式,这种基于宽带、窄带脉冲相互作用的频率转换技术确实具有显著的宽带位相匹配优势。二、为产生高峰值功率(>100GW)可调谐中红外脉冲激光,提出了“中红外飞秒OPA注入结合中红外非共线OPCPA放大”的新方案。系统前级使用中红外可调谐飞秒OPA作为性能良好的种子源;放大级采用基于LiNbO3的非共线OPCPA,既保证了足够的位相匹配带宽,又保证了最终输出波长的可调谐;并且为完全抵消高阶色散,采用同波长的光栅展宽器/压缩器。按照总体实验方案,完成了整个系统的结构和参数设计,包括中红外飞秒OPA、光栅展宽器、OPCPA放大级、光栅压缩器等单元。特别地,通过对LiNbO3、KTA、LiIO3、KNbO3、PPLN等多种中红外非线性晶体的分析及理论研究,表明LiNbO3晶体具备有效非线性系数大、位相匹配带宽大、晶体尺寸大等多种优点,有潜力实现峰值功率为数TW的可调谐中红外脉冲输出。三、建立了高功率可调谐中红外超快激光的技术验证平台,产生了120GW的高峰功率中红外飞秒脉冲,高于至今为止国内外报道的功率指标,并在高功率状态下(>10GW),首次实现了中红外飞秒激光的波长可调谐(3.3μm-3.95μm)。实验中采用可调谐的飞秒OPA来产生OPCPA的中红外信号注入光。由于OPCPA采用非共线位相匹配,通过改变非共线角和位相匹配角,首次实现了在高功率状态下(>10GW)的中红外飞秒激光的波长可调谐,激光系统可在3.3μm到3.95μm的波长范围内连续可调。OPCPA系统采用LiNbO3晶体单级放大,最高输出啁啾脉冲能量达到29.5mJ,对应饱和增益超过4000倍,比基于体块晶体的增益报道结果高1-2个量级。经过光栅压缩器进行脉冲压缩,得到脉冲能量为13.3mJ、脉冲宽度为111fs的中红外激光脉冲,对应的峰值功率达到120GW。
【作者】赵坤;
【导师】钱列加;
【作者基本信息】复旦大学,光学,2013,博士
【关键词】非线性光学;超快光学;光参量放大;光参量啁啾脉冲放大;

【参考文献】
[1]陈晓霞.基于FCM图像融合技术的研究[D].湖北工业大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[2]郑思媛.奥康纳小说中的“不正常的人”形象[D].黑龙江大学,比较文学与世界文学,2013,硕士.
[3]罗海鹏.汽油机两级增压系统的匹配与性能研究[D].湖南大学,热能工程,2014,硕士.
[4]黄银焕.中晚期非小细胞肺癌中医证治方药规律研究[D].广州中医药大学,中西医结合临床,2013,硕士.
[5]张琳.高中化学教材中化学史内容分析与编写建议[D].辽宁师范大学,课程与教学论,2012,硕士.
[6]赵云龙,杨卫娟,周俊虎,王智化,刘建忠,岑可法.煤灰对氨气吸附特性的实验研究[J].燃料化学学报,2015,03:266-272.
[7]孟欣.企业职工基本养老保险待遇的公平性研究[D].山东财经大学,社会保障学,2012,硕士.
[8]王娅明.中国甘肃昌马早白垩世今鸟型类的形态学和系统发育关系研究[D].中国地质科学院,古生物学与地层学,2014,硕士.
[9]张成中.东北炼化工程有限公司精益维修战略的选择及实施研究[D].天津大学,EMBA,2013,硕士.
[10]黄娟.数字化时代多元化装饰性语言研究[D].湖北工业大学,设计艺术学,2014,硕士.
[11]王超.某高镍铸铁排气歧管低周热疲劳性能研究[D].武汉理工大学,动力机械及工程,2013,硕士.
[12]马新国.测定光合、蒸腾速率的主从式虚拟仪器系统[D].中国农业大学,生物物理学,2004,硕士.
[13]胡培.英语质量状态句的认知研究[D].湖南师范大学,英语语言文学,2014,硕士.
[14]吴天乐.从顺应论角度研究《围城》中的语码转换[D].江苏科技大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[15]赵振坤.中药两头尖的质量控制及其毒性研究[D].杭州师范大学,植物学,2013,硕士.
[16]王文德.把握自然规律完善基本政策推动山西退耕还林工作健康发展[J].绿色中国.2004(Z1)
[17]朱艳灵.联合疗法治疗寻常痤疮(湿热证)及对体液免疫的影响[D].成都中医药大学,中医外科学,2012,硕士.
[18]戈化聪.心理教育对大学生德育实现途径的研究[D].太原科技大学,思想政治教育,2013,硕士.
[19]党炜.大气等离子体加工技术定量去除研究[D].哈尔滨工业大学,机械工程,2013,硕士.
[20]叶櫹.基于物联网技术的城市交通诱导研究[D].西南交通大学,交通运输规划与管理,2013,硕士.
[21]王少培.基于有限元的分子结构力学方法对石墨烯力学性能研究[D].天津大学,2012.
[22]王轩.A公司销售培训体系优化[D].西北大学,工商管理(专业学位),2012,硕士.
[23]陆莹琦.面向服务的无线传感器网络广义生存期研究[D].吉林大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[24]陈保洋.钱穆教育思想探析[D].中国政法大学,中国哲学,2014,硕士.
[25]李伟.客户关系管理中的决策支持[J].合作经济与科技,2005,21:13-14.
[26]黄晓璇.混合式学习在商务英语教学中的应用研究[D].华中师范大学,英语学科教学,2013,硕士.
[27]孙豪志,冯英浚,范祯祥.声波介质中速度和密度反演[J].石油地球物理勘探,1993,04:411-417+512.
[28]潘开文,张咏梅,刘照光,张远彬.四川中亚热带扁刺栲_华木荷群系不同演替阶段林内小气候的比较[J].植物生态学报,2002,02:195-202.
[29]王丹阳.牙周健康状况对种植修复成功率影响的疗效观察[D].大连医科大学,口腔临床医学,2012,硕士.
[30]芦超.MCo_2O_4(M=Ni,Mn)的制备及其电化学性能的研究[D].兰州理工大学,先进材料及其制备技术,2013,硕士.
[31]张瑜.参与式民主理论视角下的农民政治参与研究[D].贵州民族大学,社会学,2013,硕士.
[32]王静.高性能永磁无刷直流电机调速系统的研究[D].内蒙古科技大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[33]张明波.基于承载力控制的预应力RPC梁设计理论研究[D].北京交通大学,2009.
[34]张璨.学生宿舍管理系统的设计与实现[D].厦门大学,软件工程,2014,硕士.
[35]李洪艳.蒙汉大学生传统孝道态度的研究[D].内蒙古师范大学,基础心理学,2012,硕士.
[36]邵义元.基于数据集成的智能决策支持技术应用于工业过程建模与优化[J].九江师专学报,2002,06:38-42.
[37]侯莉.低碳经济背景下城市可持续发展模式研究[D].成都理工大学,科学技术哲学,2013,硕士.
[38]赵黎黎.可控分离L-脯氨酸的设计及在水相中催化Aldol反应性能的研究[D].湖南师范大学,有机化学,2014,硕士.
[39]王俊民.我国环境污染健康损害补偿法律制度研究[D].西南大学,民商法学,2013,硕士.
[40]薄冰.Dicer酶活性的电化学研究以及与肺癌关系的初步探讨[D].南京医科大学,2013.
[41]周亚军.炼油企业含恶臭物质的VOCs治理技术及应用[D].华东理工大学,化学工程,2014,硕士.
[42]严晗,王天亮,刘建坤,王扬.反复冻融条件下粉砂土动力学参数试验研究[J].岩土力学,2014,03:683-688.
[43]韩咚.快捷驾校学员管理系统的设计与实现[D].吉林大学,软件工程,2014,硕士.
[44]周叶中,蔡武进.中国特色社会主义文化立法初论[J].法学论坛,2014,05:83-93.
[45]张蜜.药品广告监管的法经济学分析[D].中国政法大学,法律,2013,硕士.
[46]林晓.浙江温岭长屿硐天不规则硐窟围岩稳定性研究[D].西南交通大学,地质工程,2013,硕士.
[47]曲丽丽.窄带系聚合物APFO3的光物理特性的研究[D].吉林大学,光学,2014,硕士.
[48]唐成.渝东南少数民族地区基础教育薄弱问题及对策研究[D].西南大学,教育经济与管理,2013,硕士.
[49]吕三喜.在中学化学教学中使用类比策略进行概念转变的探究与实践[D].湖南师范大学,学科教学(专业学位),2014,硕士.
[50]佟云剑.微网孤岛与并网运行模式切换控制策略研究[D].哈尔滨工业大学,电气工程,2014,硕士.

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