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啁啾脉冲放大(CPA)技术提出以来,超快强激光技术至今已有了很大发展。CPA技术已经成为产生TW甚至更高峰值功率超短激光脉冲的一项重要手段。具有较宽带宽的增益介质钛宝石晶体可以用于产生飞秒脉冲,同样也广泛使用在产生高峰值功率超短脉冲的放大系统中。具有高峰值功率的超短脉冲可以应用于诸多领域,如超快X射线产生、高次谐波的产生等。 本论文的主要目的是研究超快强激光系统的若干关键技术。我们自行研制了一套5TW/40fs级台式钛宝石激光系统,通过对系统的性能优化实现激光系统的安全稳定运行,并希望利用研制的超快强激光系统开展一些强场激光物理方面的实验研究。本论文的研究工作主要包括以下几个方面: 首先,研制了一套5TW/40fs级台式钛宝石激光系统。我们设计了高效运行的超短脉冲强激光系统,在前端TSA-25输出35mJ/800nm啁啾脉冲的基础上,建立了全部以钛宝石作为增益介质、能量分别为0.6J和1.6J的532nm/10HzNd:YAG激光抽运的二级CPA系统。通过对系统进行优化实验,前级的能量抽取效率达到34%,主放大级的抽取效率也可达到32%。两级放大后输出脉冲能量500mJ,压缩后脉冲宽度41fS,压缩过程中能量转化效率63%,峰值功率可达7.6TW。整个激光系统实现了台式化,两级CPA放大器结构紧凑并且具有灵活安全等优点。 其次,我们总结了5TW/40fs级台式钛宝石激光放大系统研制过程中遇到的几个关键问题。针对放大系统性能优化进行了一系列实验研究,包括钛宝石晶体的选择、放大结构通道数的选择、抽运能量的分配以及在适当抽运密度条件下如何获得较高能量抽取效率等。通过对实验结果的分析积累了设计CPA放大系统的经验,并且设计研制了符合超快强激光系统实验要求的各类光学膜片和机械器件等。 再次,在实验过程中还解决了整个5TW/40fs级台式钛宝石激光系统10Hz同步信号控制的问题;掌握飞秒脉冲宽度测量以及光斑质量评价的原理,使用自相关仪SSA精确测量了飞秒脉冲的宽度以及利用光斑质量测量仪器M~2-200测量了激光脉冲的光斑质量;对于我们在进行能量放大实验过程中遇到的若干物理问题进行了分析,并且提出了相应的解决措施。