自聚焦激光束光束质量评价的功率谱密度方法

把功率谱密度分析的方法引入到激光束光束质量的评价中，分析了自聚焦激光束的近场分布，研究了强激光非线性自聚焦的一般规律，给出了在一定强度调制下的光束经过钕玻璃介质发生自聚焦成丝效应的B积分阈值条件，实验和理论模拟结果基本一致.     

强紫外激光在空气中长程传输受激旋转拉曼散射效应

 采用瞬态受激旋转拉曼散射（SRRS）模型，详细考虑了激光脉冲波形、介质的非线性极化、泵浦光的衰减、斯托克斯光的非线性放大以及拉曼线宽等诸多因素，对强紫外激光束在空气中长程传输过程产生的SRRS效应进行了研究。讨论了产生SRRS效应的阈值条件，详细分析了SRRS效应对激光光束质量的影响。     

钕玻璃介质中强激光束传输特性的初步研究

 由入射强激光束的强度或相位调制引起的小尺度纹波在经过非线性介质后,将产生强烈的自聚焦效应。在非线性相位延迟(B积分)超过一定值后,将严重影响光束的近场强度分布,甚至造成丝状破坏。数值模拟和实验研究了在一定强度调制下的光束经过钕玻璃介质发生自聚焦成丝效应的阈值条件,以及非线性传输的一般规律。可以通过模拟计算,给出高功率激光系统设计中的D-B判据。     

Kerr非线性介质中聚焦像散高斯光束的传输特性

当高功率激光通过Kerr非线性介质传输时,Kerr效应会严重影响激光的传输特性.实际应用中常遇到像散光束.迄今为止,像散光束传输特性的研究大都局限于在线性介质中的传输,而在非线性介质中传输的研究较少,且还未涉及像散激光束通过含光学系统的Kerr非线性介质传输变换的研究.本文主要研究Kerr效应对聚焦光束像散特性和焦移特性的影响,以及聚焦像散高斯光束的自聚焦焦距和光束焦点调控.在光束扩展情况下,推导出了聚焦像散高斯光束在Kerr非线性介质中传输的束宽、束腰位置和焦移的解析公式,研究表明:在自聚焦介质中,随着自聚焦作用增强(如光束功率增强),光束像散越强,但焦移越小;在自散焦介质中,随着自散焦作用增强(如光束功率增强),光束像散越弱,但焦移越大.另一方面,在光束自聚焦情况下,推导出了自聚焦焦距的解析公式,研究表明利用光束像散可以调控光束焦点个数.     

环形斑光束在非线性克尔介质中的自聚焦效应

通过数值求解非线性Schrödinger方程,详细讨论了环形斑光束在非线性克尔介质中的传输特性.当入射光超过一定的功率时,光束产生多级自聚焦现象,自聚焦焦点出现在离轴的环上;自聚焦阈值与环形光束的半径有关;传输过程中光斑存在横向分裂现象,并且分裂与聚焦交替进行;当两个半径不同的同轴环状光束同时在非线性介质中传输时产生耦合效应,耦合效应使其自聚焦增强.     

强激光超高斯光束形成的自聚焦环的分裂与抑制

通过数值求解非线性近轴波方程,详细描述了在钕玻璃介质中传输的强激光圆对称超高斯光束形成的自聚焦环,并展示了初始光束受到扰动引起环分裂的现象。对于峰值光强一定的光束,合理地选择其阶数和宽度,可以降低自聚焦成环效应,从而降低因自聚焦环分裂在光束边缘出现的细光束对介质造成的成丝破坏。     

用激光清理空间碎片

正通过研究用于移除空间碎片的地基激光器方案,研究人员推断光束自聚焦可能是一个问题。"用激光清理空间碎片"的原理就是利用强有力的激光将碎片撞出其原有的轨道,使其移动到新的轨道中,并最终在大气中烧掉。Alexander Rubenchik及其同事目前已研究了在大气中传输这些强光束时所产生的光学效应。他们的结论是需要减轻光束的自聚焦、受激拉曼散     

高功率激光驱动器中小尺度自聚焦和噪声模型

 建立了一套线性的近似分析方法，研究高功率激光驱动器中强激光传输的小尺度自聚焦效应和相位噪声对光束传输和光束质量的影响，给出了系统噪声强度、B积分值与光束近场调制对比度之间的定量关系。研究表明,为保证输出光束质量，即近场调制对比度小于给定值，系统内的噪声强度必须符合一定的谱分布。     

高功率激光在非均匀大气中传输的自聚焦效应研究进展

地基激光空间碎片清除和利用激光辐射把转换的太阳能从空间轨道输运到地面等应用中,不可避免地遇到高功率激光在非均匀大气中的传输问题。由于激光功率已远远超过大气非线性自聚焦临界功率,大气自聚焦效应是影响光束质量的一个重要物理因素。概述了近年来国内外高功率激光在非均匀大气中上行或下行传输的自聚焦效应研究进展,主要介绍了高功率激光在非均匀大气中的传输模型、理论基础、数值和解析研究方法,着重介绍了自聚焦效应对激光传输特性和光束质量的影响,并总结了优化靶面光束质量的方案。此外,还介绍了大气群速度色散效应和大气湍流效应等物理因素对激光光束质量的影响。最后,还提出了该领域值得进一步深入研究的一些问题。     

自聚焦激光束光束质量评价的功率谱密度方法

在高功率激光系统中，介质的非线性折射率引起的小尺度自聚焦效应将会带来对光束相位和强度分布的影响，增加光学元件遭受成丝破坏的风险。产生光束小尺度纹波调制的机制分为两类：振幅和位相调制。振幅调制引起的光束自聚焦是造成介质损伤的主要因素。根据小信号的Bespalov-Talanov理论，只有特定空间频率(或称为模式)的调制具有最快的增长速度，其增长幅度可以用B积分参数来描述。目前，有关光束的自聚焦成丝已经引起了激光器研制人员的重视。     

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.     

双环斑激光束在克尔介质中的自聚焦和光斑分裂效应

实验上发现了双环斑激光束在克尔介质中的光斑分裂效应。理论上,通过数值求解非线性薛定谔方程,发现当输入光斑功率超过100 kW/cm2时,产生光斑分裂和自聚焦效应,该阈值明显小于单环斑激光的自聚焦和光斑分裂阈值。我们认为是双环之间的耦合效应导致了这种结果,并给出了具体分析。     

酸蚀与紫外激光预处理结合提高熔石英损伤阈值

采用HF酸刻蚀和紫外激光预处理相结合的方式提升熔石英元件的负载能力,用质量分数为1%的HF缓冲溶液对熔石英刻蚀1~100 min,综合透过率、粗糙度和损伤阈值测试结果,发现刻蚀时间为10min的熔石英抗损伤能力最佳。采用355 nm紫外激光对HF酸刻蚀10 min的熔石英进行预处理,结果表明:紫外预处理能量密度在熔石英零损伤阈值的60%以下时,激光损伤阈值单调递增;能量到达80%时,阈值反而低于原始样片的损伤阈值。适当地控制酸蚀时间和紫外激光预处理参数能有效提高熔石英的抗损伤能力。     

Quadruple Gaussian Laser Beam Profile Dynamics in Collisionless Magnetized Plasma

This paper presents an investigation of self-focusing of a quadruple Gaussian laser beam in collisionless magnetized plasma. The nonlinearity due to ponderomotive force which arises on account of nonuniform intensity distribution of the laser beam is considered. The nonlinear partial differential equation governing the evaluation of complex envelope in the slowly varying envelope approximation is solved using a paraxial formalism. The self-focusing mechanism in magnetized plasma, in the presence of self-compression mechanism will be analyzed in contrast to the case in which it is absent. It can be observed that, in case of ponderomotive nonlinearity, the self-compression mechanism obstructs the pulse self-focusing above a certain intensity value. The effect of an external magnetic field is to generate pulses with smaller spot size and shorter compression length. The lateral separation parameter and the initial intensity of the laser beam play a crucial role on focusing and compression parameters. Also, the three-dimensional analysis of pulse propagation is presented by coupling the self-focusing equation with the self-compression one.     

Quadruple Gaussian Laser Beam Profile Dynamics in Collisionless Magnetized Plasma

This paper presents an investigation of self-focusing of a quadruple Gaussian laser beam in collisionless magnetized plasma. The nonlinearity due to ponderomotive force which arises on account of nonuniform intensity distribution of the laser beam is considered. The nonlinear partial differential equation governing the evaluation of complex envelope in the slowly varying envelope approximation is solved using a paraxial formalism. The self-focusing mechanism in magnetized plasma, in the presence of self-compression mechanism will be analyzed in contrast to the case in which it is absent. It can be observed that, in case of ponderomotive nonlinearity, the self-compression mechanism obstructs the pulse self-focusing above a certain intensity value. The effect of an external magnetic field is to generate pulses with smaller spot size and shorter compression length. The lateral separation parameter and the initial intensity of the laser beam play a crucial role on focusing and compression parameters. Also, the three-dimensional analysis of pulse propagation is presented by coupling the self-focusing equation with the self-compression one.     

The polarization-dependence of femtosecond laser damage threshold inside fused silica

The laser damage threshold inside fused silica is dependent not only on the numerical aperture (NA) of the focusing objective, but also on the polarization of the incident femtosecond laser pulses. The damage threshold for circularly polarized beams is higher than that for linearly polarized beams when NA>0.4, but the former was lower than the latter when NA<0.4. The reverse might be due to different damage processes: laser induced damage at high NA and the self-focusing induced breakdown at low NA.     

高斯光束在克尔型非线性介质中演化的奇异特性

由光束在克尔型吸收介质中传输的非线性薛定谔方程出发,推导了高斯光束注入介质后满足的耦合方程。在不考虑高阶展开项的前提下,将介质分为无吸收、有吸收两种情况,对脉冲的腰斑半径的演化进行了解析分析,得到注入克尔型非线性介质中的高斯光束,形成“孤波”必须满足光束在束腰处注入,介质没有吸收的条件;当考虑高阶展开项时,通过数值分析发现,无论介质是否存在吸收,光束传输不存在“孤波”形式,而是在注入强度的控制之下。当注入强度较小时,自聚焦过程是它的一个主要结果。但当注入脉冲的强度增加后,除了腰斑半径不为零的区间增加,光束仍保持聚焦的正常现象之外,存在一个阈值。当注入强度超过此阈值时,腰斑半径随着距离的增加而快速增加,聚焦趋势根本就不存在。     

Generation of a quasimonoenergetic electron beam using a single laser pulse

The results of experiments are presented for a single laser pulse interaction with a very low density gas target under conditions when the generated wake wave is below the wave-breaking threshold and the laser pulse power is lower than the critical power for relativistic self-focusing. A quasimonoenergetic electron beam is found to be stably generated for various laser pulse intensity values by controlling the acceleration length.