基于子结构光纤光栅的啁啾脉冲光谱整形技术

本项目根据惯性约束聚变（ICF）对前端种子源啁啾脉冲谱形的要求，研究探索一种基于复杂子结构光纤光栅的啁啾脉冲光谱整形技术，解决啁啾脉冲放大过程中由于增益窄化、增益饱和和非线性位相累积等效应导致的光谱畸变，实现脉冲谱形在一定范围内具有调谐功能的主动补偿，为高功率啁啾脉冲放大系统提供新的单元技术手段和储备。其主要研究内容包括分析光纤光栅结构参数对啁啾脉冲谱形和信噪比的影响；建立子结构光纤光栅的结构参数与目标脉冲谱形的关系模型；掌握复杂子结构光纤光栅设计、制备工艺和参数控制流程；开展利用子结构光纤光栅进行啁啾脉冲展宽、压缩和光谱调制等方面的应用研究和特性表征，演示子结构光纤光栅在啁啾脉冲光谱整形技术的可行性和实用性，并开展相关可调谐技术研究，为初步实现该技术在高功率啁啾脉冲放大系统前端驱动器种子脉冲光谱整形中的应用积累数据。

项目完成情况概述如下：. 针对宽频带短脉冲激光系统中特定的光谱畸变，特别是由于光谱窄化，非线性位相累积导致的光谱畸变，提出了一种基于光纤光栅的钕玻璃啁啾脉冲放大系统中脉冲畸变的预补偿方法。利用啁啾脉冲放大过程的逆工程算法，计算了预补偿用光纤光栅的光谱响应特性，然后利用遗传算法，计算了预补偿用光纤光栅的结构参数，分析光纤光栅的长度、折射率调制深度、啁啾函数、变迹函数等结构参数对啁啾脉冲谱形和信噪比的影响。模拟了一个从2ns，15nm，20μJ二阶超高斯脉冲放大到2ns，8nm，400J二阶超高斯脉冲的钕玻璃啁啾脉冲放大系统，并且设计了一个线性啁啾的超结构光纤光栅对种子脉冲进行预整形。结果表明，当使用一个合理切趾函数和啁啾率的光纤光栅时，增益窄化效应和增益饱和效应得到了很好的补偿。. 针对项目要求,开展用于啁啾脉冲光谱整形的子结构光纤光栅的设计、制备工艺研究，确定器件的制备工艺和相关的结构参数，获得基于子结构光纤光栅的啁啾脉冲光谱整形滤波器的设计方法、制备工艺和参数控制流程；并针对项目的需求，搭建光纤光栅制备的实验平台和相关脉冲谱形的测量装置。. 在实验上利用相位掩模板幅度调制法制备了预补偿用光纤光栅，开展利用子结构光纤光栅进行啁啾脉冲展宽、压缩和光谱调制等方面的特性表征和应用研究，证实子结构光纤光栅在啁啾脉冲光谱整形技术的可行性和实用性；根据惯性约束聚变（ICF）对种子源啁啾脉冲谱形的要求，制备光栅的反射谱与所需的光纤光栅反射谱吻合的很好，充分验证了理论分析的结果。. 在拓展性研究方面，利用相关的逆工程算法，提出和设计了一种基于莫尔光纤光栅的全光光学时域微分器，结果表明:当莫尔光纤光栅的折射率调制幅度只存在一个过零点，并且这个过零点位于莫尔光纤光栅的中点时，莫尔光纤光栅可以作为一阶时域微分器。实验上利用拉伸法和二次曝光法制备了莫尔光纤光栅，证明了使用莫尔光纤光栅作为时域微分器的可行性。. 项目对初期的研究方案进行了充分的论证和总结，发现了很多的科学问题。在此基础，提出了一些创新性的研究方案，并解决了一些关键性的技术，取得研究成果的突破，很好完成了项目研究内容。并且在该项目的支持下，项目组开展了基于子结构光纤光栅的全光光学时域微分器研究，构建十分健全子结构光纤光栅刻写平台，为其它重大国家的完成提供了很好的技术平台和支撑。