近年来,超短激光脉宽的最短记录被不断突破,已经能产生的脉冲宽度和光波的振荡周期相当甚至更短。激光束的传输特性一直是大型激光系统研制所关注的主要问题之一。新的激光物理问题和激光传输放大是世界性的热点研究内容,也是国家高技术发展计划激光惯性约束聚变主题和激光技术主题的进一步发展所涉及到的关键课题。本文研究宽频带激光状态下高功率激光驱动器中的脉冲传输、放大理论和技术,并进一步探讨频谱宽度大于中心频率的亚周期脉冲激光在介质中的线性传输问题,建立新的理论模型、研究大计算量的优化算法并尝试可视化和仿真模拟,判断技术可行性等。为设计和优化新一代的宽带皮秒快点火激光系统和宽带纳秒主激光装置提供基础,为超短脉冲激光技术的发展和应用提供基础性的前瞻性研究。 在本文中一个用得比较多的概念就是“光波的振荡周期”,而单周期脉冲是指激光脉冲脉宽(习惯用半高全宽或者1/e高度时的宽度来度量)等于光周期。本文主要进行了如下工作: 一、研究了宽频带激光脉冲的放大理论,解决了脉冲状态下,非均匀加宽介质中线性啁啾激光脉冲的放大理论及计算方法。 针对宽带激光,放大介质将显示非均匀加宽的特征,而现有放大模型都只考虑了均匀加宽的性质。我们首先推广了激光在均匀加宽放大介质中的放大理论模型,然后将之完善到了非均匀加宽放大介质。利用线性啁啾脉冲的时间和光谱的对应特性,解决了宽频带激光在非均匀加宽介质中的处理方法。 在我们建立模型的基础上,进行了程序编码。对均匀加宽和非均匀加宽的增益特性进行了比较,通过数值计算探讨了非均匀加宽和均匀加宽介质中激光放大的脉冲整形预补偿畸变的可行性。在非均匀加宽放大系统中脉冲波形失真更有规则,也就更容易对脉冲波形进行控制和整形。 二、从整体自聚焦和小尺度自聚焦两方面,创新地研究了宽频带激光脉冲在非线性介质中的传输理论。并讨论了啁啾脉冲激光对产生超连续光谱的影响和作用。 讨论了(3+1)维非线性传输方程的算法问题,对整体自聚焦进行了探