【摘 要】
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随着激光器的能量密度和功率进一步提高,用以传输激光的大型光学元件中的横向受激布里渊散射现象越来越受到人们关注。本论文采用数值模拟的方法研究光学元件中横向受激布里渊散射的特点和破坏机制,以及横向受激布里渊散射的抑制方案。 前人描述横向受激布里渊散射时都直接沿用纵向受激布里渊散射的一维模型,即假设受激散射由边界注入的种子光激发,同时泵浦光场在传播方向上不发生变化,这样可使问题得到简化,但也使得对
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随着激光器的能量密度和功率进一步提高,用以传输激光的大型光学元件中的横向受激布里渊散射现象越来越受到人们关注。本论文采用数值模拟的方法研究光学元件中横向受激布里渊散射的特点和破坏机制,以及横向受激布里渊散射的抑制方案。 前人描述横向受激布里渊散射时都直接沿用纵向受激布里渊散射的一维模型,即假设受激散射由边界注入的种子光激发,同时泵浦光场在传播方向上不发生变化,这样可使问题得到简化,但也使得对受激散射过程的描述不够精确。本文首先从非线性耦合波方程组出发,考虑泵浦光场的变化,分别建立了光学元件中种子光激发和噪声激发的横向受激布里渊散射两种理论模型,然后运用数值方法进行求解,得到各种条件下光场和应力场的分布,并探讨了两种模型在描述方法上的异同。在数值求解过程中采用了并行计算方案,从而解决了计算量过大、计算时间过长的问题。最后建立了宽带泵浦的横向受激布里渊散射模型,并进行了相应的数值模拟。 我们的数值模拟结果表明,强激光辐照下的大尺寸光学元件中很容易激发横向受激布里渊散射。当入射光强足够高,材料的横向尺寸足够大时,在受激散射过程中产生的弹性声波场有可能超出材料的抗拉强度,从而引起力学破坏。横向受激布里渊散射中散射光场和应力场的空间分布表现出明显的“集中”的特点,而且随着受激散射由强瞬态向稳态发展,这种场强集中的表现会越来越强烈。在引起可能的力学破坏的同时,横向受激布里渊散射还会显著降低透过光学材料的能量。对于横向受激布里渊散射,增加泵浦光带宽可以显著降低其Stokes光的增益,从而可以减小能量损失,并且避免可能的力学破坏。一般地,带宽越大,增益降低得越多,但带宽大于20GHz后,增益随带宽不再有很明显的变化。也就是说,对于大多数强激光系统,20GHz的带宽已经足以抑制横向受激布里渊散射带来的影响。
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