截断的有振幅调制和位相畸变光束的等效曲率半径

高功率激光通常具有振幅调制和相位畸变. 采用统计光学方法推导了截断的有振幅调制和位相畸变光束在大气湍流中传输 的等效曲率半径R的解析公式.研究表明:随着位相畸变参量、振幅调制参量和光 束截断参量的增大,光束在自由空间中的 R增大,但R受湍流的影响也会增大; 并且高斯光束在自由空间中的R最大, 但其受湍流影响也最大. 因此,在大气湍流中传输到足够远时, 截断的有振幅调制和位相畸变光束的R就要比高斯光束的大.特别地, 相对等效曲率半径R_r随传输距离为非单调变化, 存在一个最小值, 即在该位置处R受湍流的影响最大. 此外, 达到 R_r最小值所需传输距离随光束位相畸变和振幅调制的加剧而增大.     

高强度三次谐波转换对光束质量的影响

分别利用光强对比度和功率谱密度作为激光束的振幅调制和位相畸变的定量描述参量,研究了在高功率条件下,三次谐波转换过程对激光光束质量的影响,详细分析了基频光的光束质量与三倍频光光束质量的定量变化关系.     

用统计光学方法分析位相畸变光束的倍频转换

主要介绍了一种对位相畸变光倍频的描述方法 ,具体从统计光学观点出发 ,针对高斯型随机位相畸变 ,在薄晶体近似下 ,分析位相畸变光束的倍频转换过程 ,给出了基波、倍频波随位相畸变特征量变化的理论模型和数值计算结果。     

双曲余弦高斯涡旋光束的远场特性研究

运用电磁光束的角谱法和稳相法, 推导出双曲余弦高斯(ChG) 涡旋光束的TE波和TM波在自由空间远场传输和能流密度的解析表达式, 用以研究了ChG涡旋光束在远场中的位相奇点和能流密度分布特性. 结果表明, 改变ChG 涡旋光束中的离心参数或束腰宽度, 位相奇点的密度、位置会发生变化. 涡旋离轴量的变化会导致能流密度分布的不对称性. 当离心参数增大时, 原点周围黑核会向原点中心移动. 关键词： 双曲余弦高斯涡旋光束 位相奇点 能流密度     

位相畸变对强紫外激光在空气中长程传输的影响

 采用瞬态受激旋转拉曼散射（SRRS）模型,详细考虑了激光脉冲的位相变化、时间波形、泵浦光的衰减、斯托克斯光的非线性放大以及初始的随机斯托克斯散射场等诸多因素,研究了空间位相畸变对空气中长程传输过程中产生的SRRS效应的影响。研究结果表明：位相畸变对阈值条件和时间特性影响较小,而对光束质量影响较为明显;随着位相畸变的增大,光束的能量分布变得极不均匀,光束的光强对比度也明显变大,从而使激光光束质量变差,而且当传输距离达到阈值条件后,随着传输距离的增加,光束质量将进一步变差。     

经光阑衍射的平顶涡旋光束位相奇点的演化特性

推导出了平顶涡旋光束通过有光阑ABCD光学系统的传输解析式,并以光阑透镜和矩形光阑系统为例,与平顶光束比较研究了截断参量、相对离轴距离和光束阶数对衍射场中位相奇点演化特性的影响.数值计算表明,平顶涡旋光束通过上述光学系统均存在位相奇点,即使源处涡旋被光阑阻拦时,衍射场中也会出现位相奇点;而平顶光束通过光阑透镜系统存在刃型位错,随着截断参量增大,会发生刃型位错的演化和湮灭现象,且平顶光束通过矩形光阑系统没有发现位相奇点.     

环形光束的非线性传输及聚焦特性研究

针对用于产生光镊的环形光束,利用分步傅里叶-贝塞尔变换算法,对二维环形超高斯光束的非线性传输及聚焦过程进行了数值模拟,给出了环形光束聚焦场附近的光强分布,并分析了非线性调制对聚焦性质(包括焦面中心光强、焦面光强的横向分布、轴上光强和光束质量)的影响.研究表明,从聚焦角度来看,非线性调制中的位相调制比振幅调制对环形光束聚焦性质的影响程度要大;从非线性传输角度来看,随着非线性介质长度的增加,位相调制和振幅调制对环形光束聚焦性质各有不同程度的加剧,其中非线性作用对振幅调制的影响要比位相调制明显.     

经光阑衍射的平顶涡旋光束位相奇点的演化特性

推导出了平顶涡旋光束通过有光阑ABCD光学系统的传输解析式,并以光阑透镜和矩形光阑系统为例,与平顶光束比较研究了截断参量、相对离轴距离和光束阶数对衍射场中位相奇点演化特性的影响.数值计算表明,平顶涡旋光束通过上述光学系统均存在位相奇点,即使源处涡旋被光阑阻拦时,衍射场中也会出现位相奇点;而平顶光束通过光阑透镜系统存在刃型位错,随着截断参量增大,会发生刃型位错的演化和湮灭现象,且平顶光束通过矩形光阑系统没有发现位相奇点.     

高功率激光光束经颗粒污染后的近场衍射效应

采用高功率激光驱动器设计软件Laser designer数值研究了激光光束经颗粒污染后的近场衍射特性. 对颗粒污染所产生的调制进行了分类, 并详细分析了真空和石英玻璃中, 振幅调制型和位相调制型颗粒污染对光束近场的影响. 研究结果表明, 无论在真空或石英玻璃中, 位相型颗粒污染对高功率激光光束的近场调制影响较大. 且在石英玻璃中, 位相型硬边颗粒污染所引起的高功率激光光束小尺度自聚焦热像调制现象相当严重. 而由颗粒污染引起光束强区的横向偏移, 却在一定程度对小尺度自聚焦有抑制作用.     

位相畸变激光束的谐波转换

首次在理论上研究了位相畸变激光束的谐波转换，从波动方程出发，应用空间频谱方法处理位相畸变光束的非线性耦合问题，建立了适用于位相畸变且空间光强不均匀光束的谐波转换的理论模型。     

高阶模高斯光束整形方法研究

研究了高阶模高斯光束的整形方法.在高阶模高斯光束和平顶光束理论模型的基础上,分别选择了平项洛仑兹函数和费米狄拉克函数作为平顶光分布函数,利用能量守恒定律,分别推导针对拉盖尔-高斯光束和厄米特-高斯光束整形系统中入射光与出射光的映射函数.最后利用ZEMAX软件设计了针对TEM01模高斯光束进行整形的非球面透镜元件.结果表...     

Ce:KNSBN晶体光扇效应的入射光强度阈值特性研究

采用非同时读出条件下的两波耦合实验装置,以单束光入射Ce:KNSBN光折变晶体,系统研究了Ce:KNSBN晶体中光扇效应随入射光偏振态、入射光强度、光入射角的变化情况.结果表明异常偏振光入射晶体时光扇效应明显,且存在明显的入射光强度阈值特性,入射光强度阈值为38.2 mW/cm2;相同光入射角下,稳态光扇强度随入射光强度的增强而明显变大;对应相同的入射光强度,稳态光扇强度随光入射角θ的增大而增大,当θ为15°时到达峰值,而后随θ的增大而逐渐减小.同时对光扇效应的入射光强度阈值特性以及稳态光扇强度随入射光偏振态、入射光强度、光入射角的变化作出了相应的物理解释.     

三维自散焦介质中的暗光束诱导亮光束聚焦

为了获得一种对称压缩圆光束的方法,系统研究了三维自散焦介质中亮暗光束对的共同传输。数值结果表明:当两光束中心重合时,若抽运光(暗光束)初始振幅远大于信号光(亮光束)初始振幅,抽运光将通过交叉相位调制(XPM)诱导信号光聚焦,使得信号光的圆形光斑被对称压缩。讨论了光束参量对信号光聚焦效果的影响,发现抽运光初始振幅越大,信号光聚焦越强。当抽运光初始振幅一定时,暗光束的初始束宽存在最佳值使得信号光压缩最强。当抽运光与信号光的波长比取值为0.5~1.5时,信号光聚焦程度随着波长比的增大而有所降低。还设计了验证理论结果的实验方案。     

等束腰宽度超短脉冲光束传输的脉冲修正方法

利用角谱分析和傅里叶变换的方法,得到一种描述几个周期的等束腰宽度脉冲光束传输的脉冲修正方法。以准单色光束传输的结果为出发点,通过对准单色光束的解进行泰勒级数展开,得到了一种相对简单的修正方法,可以精确的描述具有任意时间波形和横向光束分布的不短于一个周期的超短脉冲光束的传输行为。给出等束腰宽度超短脉冲的近似解,具体研究高斯脉冲光束的传输特性,分析几种不同的频谱对脉冲光束传输行为的影响。     

BPM测量束流纵向发射度与Twiss参数

在C-ADS直线加速器样机中,为了描述束流相空间分布,需要精确测量束流在RFQ出口处的参数。束流横向信息已通过发射度重构测量获得,束流光学也得到了验证。采用了一种用BPM的SUM信号测量束流纵向参数的方法。在实验中,调节两台聚束器的聚束腔压并记录其下游BPM上的SUM信号。通过粒子群算法和TraceWin模拟相结合的方法,得到了考虑空间电荷效应的测量结果。测得的发射度与Toutatis中的模拟值相近。     

柱透镜聚焦高阶Bessel光束产生焦散光束

研究了高阶Bessel光束经过柱透镜后的光场分布特性.在广义惠更斯-菲涅尔衍射积分理论基础上,推导出高阶Bessel光束透过柱透镜后的衍射光场分布表达式;并利用MATLAB和MATHCAD模拟了不同传播距离处的光强分布.实验上,利用轴棱锥和螺旋相位板产生不同阶数的高阶Bessel光束,并使产生的高阶Bessel光束经过柱透镜,最后用CCD记录下不同距离处的衍射光场.研究结果表明,高阶Bessel光束经过柱透镜形成唇状的焦散光束.     

光路交叠对强光传输的影响

实验中观察到高能激光束通过光程总长、气体环境等条件相同,但局部布置不同的光路后,其接收光斑峰值功率密度、波前离焦和高阶像差等光束参量有差异.对此问题,选择Z型和X型两种总长度相等的光路在相同气体环境下进行了数值研究.结果表明,产生上述差异的主要原因是由于两种光路中光束交叠区域大小和形状不同引起的气体热效应产生的附加相位有所不同.而且对不同特性的光束,该差异也不同.对高斯光束,两种光路中气体热效应对光束影响的差异较小;对平顶高斯空心光束,两种光路中气体热效应对光束影响的差异较明显.因此,为抑制气体热效应对光束的影响,在考虑其它因素的同时,应尽可能减小光路中的光束交叠区域.     

HIRFL新的束流分配系统

随着CSR的建成和兰州重粒子加速系统(HIRFL)实现质子加速,HIRFL现有的束流传输系统已不能满足越来越多的物理实验对供束时间的要求,为此,对原有的HIRFL的束流输运系统进行了分时供束改造,新的束流分配系统可以在给CSR供束和不供束两种情况下,同时使用SFC和SSC的束流在多个实验终端进行物理实验,介绍了新设计的HIRFL束流分配系统的布局和束流光学计算结果.     

DLA光源质量对光栅-外腔谱合成系统光束质量的影响

在二极管激光阵列(DLA)光栅-外腔谱合成系统中,由于DLA存在子单元光束发散角、“smile”效应的位置偏差及指向性偏差等因素的综合作用,将导致合成光束的光束质量降低。综合考虑DLA子单元光束发散角、“smile”效应等因素对谱合成系统中光束传输特性的影响,建立了DLA光栅-外腔谱合成系统的光传输模型,进而对谱合成系统中DLA子单元光束发散角、“smile”效应的位置偏差及指向性偏差等因素对合成光束的光束质量影响进行了定量分析。结果表明,DLA光源质量会明显影响合成光束的光束质量：DLA子单元光束发散角和“smile”效应引入的指向性偏差越大,合成光束的光束质量就越差;“smile”效应引入的位置偏差在合束方向上对合成光束的光束质量没有影响,而在非合束方向上引入的位置偏差将会明显降低合成光束的光束质量。在实际工作应用中,需要采取措施提高DLA光源质量,以减小对合成光束的光束质量影响。     

面向HIRFL-CSR主动式点扫描技术的剂量标定方法研究(英文)

基于HIRFL-CSR肿瘤重离子治疗终端主动式束流配送系统发展了面向三维点扫描适形调强治疗技术的在线监测器点扫描剂量标定方法。为了验证点扫描剂量标定方法的稳定性和可靠性,利用HIRFL-CSR提供的C离子束考察了在线监测器剂量标定因子的能量依赖以及不同扫描步长的影响。结果表明:在线监测器剂量标定因子存在能量依赖;不同扫描步长对剂量标定因子影响较小（偏差小于1.8%）。证明了点扫描剂量标定方法的稳定性和可靠性。鉴于在三维点扫描适形调强治疗技术中影响在线监测器点扫描剂量标定因子的因素较多,建议今后续继续研究点扫描剂量标定因子影响因素,修正和完善点扫描剂量标定方法。As an important step of the application of spot scanning technique to heavy ion therapy, an experimental calibration procedure of online beam monitors based on standard of absorbed dose to water has recently been developed for scanned pencil like carbon ion beam in the deep seated tumor therapy terminal at the Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL). In this work, creating homogeneous irradiation field with steerable spot beam was tested using a 207 MeV/u penci like carbon ion beam. Then the verification of energy dependence of the calibration factors (CFs) and the influence of scanning step on the CF were also shown, as a part of the heavy ion clinic dosimetry researches. The results showd that the monitor CF presented energy dependence and performed stable response with deviation of 1.8% for the variation of scan steps. In this paper, the suitability and effectiveness of beam monitor calibration procedure for dynamic particle beam delivery were verified and the further research points to improve the calibration procedure were suggested.