超短脈沖信噪比單次測(cè)量技術(shù).pdf

1、飛秒激光是一種以脈沖形式運(yùn)轉(zhuǎn)的激光,持續(xù)時(shí)間特別短,因而容易實(shí)現(xiàn)非常高的瞬時(shí)功率,極大地推動(dòng)了超快光物理、飛秒化學(xué)、飛秒生物和非線性光學(xué)等前沿科學(xué)研究。飛秒激光的一個(gè)重要發(fā)展方向是建設(shè)高強(qiáng)度固體激光系統(tǒng)(聚焦光強(qiáng)達(dá)到相對(duì)論性或超相對(duì)論性)。近年來(lái),隨著寬帶固體激光材料的廣泛應(yīng)用和啁啾脈沖放大(CPA)技術(shù)的日趨成熟,高強(qiáng)度激光在峰功率方面得到了長(zhǎng)足的發(fā)展,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了超過(guò)拍瓦PW(1015W)的功率指標(biāo)。
　　 目前,高強(qiáng)度固體激

2、光尚未攻克的一個(gè)重大科學(xué)技術(shù)問(wèn)題是聚焦光束的脈沖信噪比。當(dāng)聚焦光強(qiáng)達(dá)到相對(duì)論性1019W/cm2(超相對(duì)論性～1025W/cm2)時(shí),脈沖信噪比必須高于100(超相對(duì)論性光強(qiáng)時(shí)要求信噪比高于1014),從而控制噪聲脈沖的光強(qiáng)不超過(guò)等離子體產(chǎn)生的閾值(～1011W/cm2)。為解決脈沖信噪比這一重大技術(shù)難題,首先需要具備高動(dòng)態(tài)范圍信噪比單次測(cè)量技術(shù),但現(xiàn)有技術(shù)尚未足以讓我們能夠單次測(cè)量106以上的脈沖信噪比。
　　 本文重點(diǎn)研究設(shè)

3、計(jì)了新型脈沖信噪比單次測(cè)量裝置,我們?cè)诤艽蟪潭壬辖鉀Q了現(xiàn)有技術(shù)的主要缺陷,將可能推動(dòng)信噪比測(cè)量技術(shù)的發(fā)展,從而幫助解決脈沖信噪比這一重大技術(shù)難題。同時(shí),信噪比測(cè)量需要應(yīng)用二階光學(xué)非線性作為測(cè)量的脈沖相關(guān)過(guò)程,如倍頻(SHG)、和頻(SFG)和光參量放大(OPA)過(guò)程。為此,本文也研究了準(zhǔn)位相匹配(QPM)結(jié)構(gòu)中的倍頻過(guò)程,通過(guò)建立模型理論計(jì)算的方式,細(xì)致研究了QPPM結(jié)構(gòu)中非線性相移對(duì)SHG的影響,并對(duì)QPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作了討論。
　

4、　 本文主要進(jìn)行了如下工作:
　　 一、研究了QPM結(jié)構(gòu)中的倍頻過(guò)程,包括級(jí)聯(lián)非線性相移的作用以及QPM中疇結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
　　 QPM結(jié)構(gòu)可支持應(yīng)用最大的非線性極化矩陣元,可以人工設(shè)計(jì)頻率轉(zhuǎn)換過(guò)程的晶體相位匹配要求,已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于倍頻和級(jí)聯(lián)非線性相移產(chǎn)生等過(guò)程中。我們?cè)诒疚闹袑⒅饕懻摿朔蔷€性相移在高強(qiáng)度激光倍頻過(guò)程中的作用,同時(shí)對(duì)高強(qiáng)度激光倍頻的QPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作了討論。
　　 二、設(shè)計(jì)了一種新型的脈沖信噪

5、比單次測(cè)量裝置,解決了傳統(tǒng)信噪比測(cè)量系統(tǒng)的一些缺陷,并實(shí)驗(yàn)得到更高的脈沖信噪比測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍。
　　 隨著高功率激光技術(shù)的發(fā)展,對(duì)測(cè)量技術(shù)的要求也越來(lái)越高。在本章節(jié)中主要是介紹了一種新型的脈沖信噪比單次測(cè)量方法。利用光纖陣列的方式解決了傳統(tǒng)激光系統(tǒng)中的一些問(wèn)題。光纖陣列組成的探測(cè)系統(tǒng)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)單次測(cè)量方式中的CCD或光電二利管陣列,使用光纖衰減器來(lái)調(diào)節(jié)相關(guān)信號(hào)峰值的衰減量,避免了使用中性衰減片(NDF),同時(shí)使系統(tǒng)可以使用低噪聲高

6、靈敏度的光電倍增管(PMT)進(jìn)行單次測(cè)量。這種基于光纖陣列的串并轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集方式同時(shí)具有常規(guī)掃描測(cè)量方式的優(yōu)勢(shì)(除了信號(hào)的平均)。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室已經(jīng)得到～2×107:1的信噪比測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍。
　　 三、提出一種基于粗細(xì)光束的脈沖信噪比測(cè)量方式。
　　 第二章主要針對(duì)信噪比的探測(cè)系統(tǒng),作為第二章的延續(xù),本章主要是介紹了另外一種信噪比測(cè)量方式,提出了一種新型的脈沖非線性相關(guān)信號(hào)產(chǎn)生的方法。本章節(jié)提出了一種基于粗細(xì)光束的信噪比