ICF固体激光驱动器中Kerr效应的研究

论文摘要

人类面临能源短缺危机的当今,惯性约束核聚变（ICF）成为解决能源危机的有效途径之一,受到各国的广泛关注。ICF主要由高功率固体激光系统驱动,系统中涉及高强度激光束的传输与谐波转换。而在光束的传输与谐波转换过程中,由三阶非线性效应所引起的光学Kerr效应是影响光束质量,降低谐波转换效率,甚至导致光学元件损伤与破坏的主要因素之一。对此,本论文主要针对ICF固体激光驱动器中的Kerr效应进行研究,详细讨论了光束传输及三次谐波转换（THG）过程中Kerr效应的特点、影响及控制方法。 本论文中,首先研究了高强度激光传输过程中三阶非线性效应的作用及抑制方法。文中从非线性近轴波方程出发,使用了分步傅立叶变换（FFT）的数值计算方法。采用了具有负非线性折射率系数（n2<0）的非线性介质作为补偿材料,对超高斯光束在非线性介质中传输时,为抑制光束的非线性增长而采取的非线性补偿方法进行了研究。研究表明补偿可以大大减小光束的B积分,有效防止超高斯光束边缘的非线性增长,降低光束的小尺度自聚焦。通过不同补偿方式的对比分析得出,后补偿方式的补偿效果最佳。 在光束传输的基础上,我们还研究了三次谐波转换过程中三阶非线性效应的作用及特点。我们从耦合波方程出发,使用分步傅立叶变换和四阶龙格库塔法（R-K）,对KDP晶体内以Ⅰ/Ⅱ类角度失谐设置方式的高强度激光三次谐波转换进行了研究。在本文的谐波转换模型中,我们考虑了KDP晶体的三阶非线性、衍射、离散等效应,并着重研究了Kerr效应对高效三次谐波转换的影响,同时还讨论了振幅调制和位相扰动与三次谐波转换效率的关系。研究表明,三阶非线性效应降低了THG转换效率,增大了位相扰动对3ω光束的强度调制,然而

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 惯性约束核聚变（ICF）简介
• 1.2 国内外强激光传输中非线性效应的发展现状
• 1.3 国内外强激光高效三倍频技术的发展现状
• 1.4 本论文的研究意义
• 1.5 本论文的章节安排
• 参考文献
• 第二章 含Kerr效应的非线性传输及谐波转换的物理模型
• 2.1 三阶非线性引起的光学克尔效应
• 2.2 非线性近轴波方程及数值计算方法
• 2.2.1 非线性近轴波方程
• 2.2.2 分步傅立叶变换法
• 2.3 三次谐波转换的物理模型
• 2.4 三光波相互作用的耦合波方程组
• 2.5 三次谐波转换的数值计算方法
• 2.6 小结
• 参考文献
• 第三章 Kerr效应对超高斯光束传输的影响
• 3.1 Kerr效应对超高斯光束传输的影响分析
• 3.2 高功率超高斯光束传输的非线性补偿
• 3.2.1 补偿模型
• 3.2.2 B积分与非线性补偿的关系
• 3.2.3 非线性补偿对非线性增长的抑制
• 3.3 小结
• 参考文献
• 第四章 Kerr效应对高效三次谐波转换的影响
• 4.1 调制模型
• 4.2 数值计算及结果分析
• 4.2.1 失谐角与THG转换效率的关系
• 4.2.2 初始入射基频光功率密度分布与THG转换效率的关系
• 4.3 小结
• 参考文献
• 第五章 强激光三次谐波转换中的扰动问题
• 5.1 扰动模型
• 5.2 振幅扰动对三次谐波转换的影响
• 5.2.1 数值计算结果及分析
• 5.2.2 结论
• 5.3 位相扰动对三次谐波转换的影响
• 5.3.1 数值计算及结果分析
• 5.3.2 结论
• 5.4 位相扰动和振幅调制对光束质量的影响
• 5.4.1 光束质量的评价因子
• 2因子的影响'>5.4.2 位相扰动和振幅调制对3ω光束的光束质量M²因子的影响
• 5.4.2.1 振幅调制对3ω光束的光束质量的影响
• 5.4.2.2 位相扰动对3ω光束的光束质量的影响
• 5.4.3 结论
• 5.5 小结
• 参考文献
• 第六章 总结
• 致谢
• 附录
• 硕士期间发表的主要论文
• 独创性声明
• 学位论文版权使用授权书