【摘 要】
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随着科技的不断进步,材料加工、高能量密度物理和惯性约束聚变等工业和科研领域均需要高功率及近衍射极限的高光束质量激光光源。受激布里渊散射相位共轭镜（SBS-PCM）具有自动补偿相位畸变的独特性质,得益于极高的相位共轭保真度,其具有极低的能量损失及纯净的横场模式,这能够有效降低激光系统的规模和成本,研制出高效的高光束质量高功率激光器。然而,在高功率SBS-PCM系统中,由于液体介质吸收产生的大量热积累
【基金项目】
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国家自然科学基金（62075056）；
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随着科技的不断进步,材料加工、高能量密度物理和惯性约束聚变等工业和科研领域均需要高功率及近衍射极限的高光束质量激光光源。受激布里渊散射相位共轭镜（SBS-PCM）具有自动补偿相位畸变的独特性质,得益于极高的相位共轭保真度,其具有极低的能量损失及纯净的横场模式,这能够有效降低激光系统的规模和成本,研制出高效的高光束质量高功率激光器。然而,在高功率SBS-PCM系统中,由于液体介质吸收产生的大量热积累造成的光学击穿、热对流及热散焦等非线性光学效应导致了输出激光光束质量恶化,相位共轭保真度降低等问题。因此,为解决高功率SBS-PCM系统中出现的上述问题,本文开展了高泵浦功率条件下的旋转楔形镜的SBS-PCM研究。本文基于SBS理论提出了高泵浦功率条件下的旋转楔形镜SBS-PCM。光学击穿和热效应是限制高功率条件下SBS-PCM应用的主要因素。我们通过以下几种方法抑制光学击穿和热效应的发生:第一,选择具有低吸收系数和高光学击穿阈值等特性的电子氟化液FC-770作为高功率SBS-PCM系统的介质;第二,使用孔径为100 nm超滤膜反复多次过滤介质以尽可能降低杂质的吸收;第三,使用长焦距透镜以降低焦点处的功率密度。第四,使用特殊设计的旋转楔形镜。楔形板的设计结果表明,焦斑偏离中心的距离（即旋转半径）取决于激光发散角、楔形镜的倾角和材料折射率。在设计的楔形镜SBS-PCM系统中,我们使焦斑在4 cm的半径范围内旋转360°,这种方法可以将热量分散在较大的区域内,从而减轻了介质池中焦点位置的热效应及光学击穿现象。为了有效地抑制热效应,本文还模拟了介质池中焦点位置的径向热量分布情况。当激光系统的工作时间升至300秒时,在0.65 W和6.5 W的注入功率下,焦点处的平均温度已接近介质的沸点。当注入功率增加至65 W时,平均温度远超过介质的沸点,这会使得SBS-PCM系统的反射能量和相位共轭保真度急剧降低。带有旋转楔形板的高功率SBS-PCM实验重点关注两个参数,一是输出激光脉冲的光束质量,二是系统的能量反射率。实验所用楔形镜的旋转速度是25度/秒,对于未过滤的FC-770,当注入能量为0.5 m J、重复频率为50 Hz时出现了明显的光学击穿。经超滤膜过滤纯化后,SBS-PCM的相位共轭保真度和光束质量明显改善,注入能量增加至6.5 m J,重复频率增加至100 Hz也未观察到光学击穿现象或明显的热效应。因此,带有旋转楔形板的SBS-PCM系统具有较高的相位共轭保真度和稳定性。
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