基于透射型体光栅的高效频谱组束系统设计与优化开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

光纤激光器，由于其体积小、效率高、结构紧凑、散热性能好的优点，成为研制高能激光系统的首选，近年来在军事、工业等领域应用十分广泛。随着大模面积双包层光纤的出现以及抽运耦合技术的发展，单根光纤的输出功率已经达到千瓦量级。但是，提高单个光纤激光器的输出功由于昂贵的费用，加上非线性效应、热损伤等因素而受到限制。鉴于此，利用多束激光组束获得高能激光的方法成为了一大解决方案。

激光组束技术大致可分为相干组束和费相干组束。相干组束需要对各组束阵元的波长、相位、偏振、振幅进行精确控制，实现起来比较困难，整个系统比较复杂。非相干组束也称为频谱组束，主要是利用光栅作为色散元件实现不同波长光束的空间叠加。这种方法结构简单，系统稳定，且易于控制，是获取高功率光纤激光的研究热点。

许多研究人员在激光频谱组束方面做了大量的研究工作，先后提出了光栅外腔频谱组束、mopa结构频谱组束、ptr布拉格光栅频谱组束、二维阵列的相干和谱组束等方案。由于体布拉格光栅具有偏振无关、稳定的机械特性和高的损伤阈值等特性，其在高功率光谱组束中具有极大的前景和优势。

2. 研究的基本内容与方案

首先，综合各类文献资料，论文会概述近年来国内外高功率激光组束的研究进展以及发展的方向，并阐述其研究的意义所在。接着，论文会介绍当前几种主流的光纤激光器组束方法，对几种方法的原理、发展与局限，以及技术优缺点进行比较。然后，根据耦合波理论推导出体布拉格光栅衍射效率方程，进而建立组束理论模型，分析光栅常数及组束光束参数对衍射效率的影响。最后，论文会根据所分析结果，给出最佳组束条件，并与已有实验结果进行对比。

此设计主要目标是建立基于透射体光栅的高效频谱组束理论模型并优化各参数，设计基于透射体光栅的双光束非相干组束和三光束非相干组束。因此，首先需要对体光栅的衍射特性进行分析。这一过程主要通过matlab软件实现。在推导出体布拉格光栅衍射效率方程之后，编写matlab程序，利用控制变量法分析组束光参数和光栅参数，包括空间频率、折射率调制和光栅厚度对衍射效率的影响。接着，在此基础上，建立光纤激光频谱组束的体光栅参数优化模型，同样使用matlab以及控制变量法研究各参数对组束效果的影响。根据研究结果，最终给出最佳组束条件，并与已有的实验结果进行对比，分析与实验结果出现分歧的原因所在。最后，结合文献以及所学光学知识，设计基于透射体光栅的双光束非相干组束和三光束非相干组束利用理论计算，用matlab画出关系曲线来分析光纤激光器谱宽和发散角对组束效率的影响。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需资料。调研频谱合束技术近年来的国内外研究现状，确定方案，完成开题报告。

第4－8周：熟悉体光栅的基本结构及基本原理，利用matlab软件对平面波入射情况下体光栅的衍射特性进行分析，在此基础上建立光纤激光频谱组束的体光栅参数优化模型，对影响透射体光栅的参数：空间频率、折射率调制量和光栅厚度对组束效果的影响进行研究。

第9－13周：设计基于透射体光栅的双光束非相干组束和三光束非相干组束，并分析光纤激光器谱宽和发散角对组束效率的影响。

4. 参考文献（12篇以上）