折射型光限幅器中参量的最优化设计研究

以衍射理论为基础,用箝位输出功率表征限幅器的限幅效果,推导了折射型光限幅器出射功率的表达式.数值计算了连续激光照射下,限幅器出射功率、限幅能力和最佳限幅位置的变化规律.结果表明:限幅器的出射功率随入射功率的增加衰减振荡,其振荡周期取决于介质相对于光束焦点的位置;限幅器的限幅能力随入射光束腰半径和光阑孔径的变大而减弱;入射功率范围固定,入射光束腰半径和光阑孔径增大时,介质的最佳限幅位置向入射光束的焦点靠近,但是在某些入射功率范围内会存在多个最佳限幅位置;光限幅器的箝位输出功率随光阑线性透过率的增加存在线性增加和非线性增加两个不同区域,实际应用中应在线性增加区域确定光阑孔径的大小.     

基于磁流体热透镜效应的阈值可调光学限幅器的理论设计

理论模拟了激光束通过磁流体样品后产生的远场光斑图样,提出了一种阈值可调光学限幅器的实现方案.计算了不同光阑孔径半径和不同光阑样品距离情况下,系统的出射光功率与入射光功率的关系.得出了系统的光学限幅阈值随光阑孔径半径的增大以及光阑样品距离的减小而向高功率方向转移的结论,且限幅阈值与光阑孔径半径之间呈线性关系.定义了描述磁流体样品特征的参量f,发现了系统的光学限幅阈值随f的绝对值增加而减小.本文的结论能为实际的磁流体基可调谐光学限幅器的设计与制作提供有益的参考.     

基于磁流体热透镜效应的阈值可调光学限幅器的理论设计

理论模拟了激光束通过磁流体样品后产生的远场光斑图样,提出了一种阈值可调光学限幅器的实现方案.计算了不同光阑孔径半径和不同光阑样品距离情况下,系统的出射光功率与入射光功率的关系.得出了系统的光学限幅阈值随光阑孔径半径的增大以及光阑样品距离的减小而向高功率方向转移的结论,且限幅阈值与光阑孔径半径之间呈线性关系.定义了描述磁流体样品特征的参量f,发现了系统的光学限幅阈值随f的绝对值增加而减小.本文的结论能为实际的磁流体基可调谐光学限幅器的设计与制作提供有益的参考.     

一种同时测量高斯光束束腰位置和半径的新方法

从高斯光束的横向光强分布特性出发,建立了小孔光阑透过光功率与高斯光束束腰位置、束腰半径、光阑孔径和光阑位置间的关系式。用氦氖激光器、凸透镜、小孔光阑和硅光电池等搭建了一套简单测量装置,利用此装置对同一小孔光阑在高斯光束传播方向上不同位置时的透过光功率进行了测量。用所得的理论公式对实验数据进行拟合,通过拟合出的参数可同时测得高斯光束的束腰位置和半径。测量结果表明,该方法不仅合理、可行,而且具有装置简单、操作方便等优点。     

基于Z扫描理论的光限幅优化分析

基于Z扫描的基本理论,根据强光光束在非线性介质中的特殊传播规律,改变光路的几何排列及光阑孔径,计算了不同情况下光阑的归一化透过率,从而确定各个参数对限幅效果的影响,得出最佳的几何排布,以实现限幅器的优化设计.     

Cassegrain激光发射系统的光路设计

为了提高激光探测系统激光的发射功率,在出射激光为基模的高斯光束的光路设计中,根据高斯光束经过光学系统的变换与传输特性,分析了系统采用Cassegrain望远镜时,其遮拦比以及入射光束束腰半径对光功率透过率的影响。通过具体的数值计算得出,随着遮拦比及入射光束束腰半径的增大,系统光功率透过率将减小,给出了望远镜遮拦比与发射孔径处光斑尺寸之间的最佳匹配关系,最后讨论了离焦误差（安装误差）为0.2mm时对出射光斑尺寸的影响。     

近top-hat光束Z扫描理论分析

利用快速Hankel变换的方法，对薄介质的Z扫描进行了理论分析。讨论了近top-hat光束 Z扫描曲线的特征，分析了闭孔近top-hat光束下限制光阑半径与光束扩束半径之比（光 阑束腰比）对归一化透射率的影响，通过理论分析，给出了获得最佳测量灵敏度的光阑束腰 比值.在最佳灵敏度的实验配置下分析了远场光阑的大小对归一化透射率的影响. 关键词： 高精度快速Hankel变换 近top-hat光束 Gaussian光束 Z扫描     

双环径向偏振涡旋光束经介质界面的深聚焦

基于矢量德拜理论,研究了双环径向偏振涡旋光束经介质分界面的深聚焦特性。当选取适当的入射光束拦截比时(即透镜孔径半径与入射光束的束腰半径的比),在聚焦场中可以得到一个极小的局域空心光束。局域空心光束的大小不仅与透镜的数值孔径有关,还与聚焦场介质的折射率有关。另外,还研究了透镜的数值孔径、入射光束的拦截比以及探测深度对聚焦光束实际焦点位置的影响。通过对聚焦光束的实际焦点位置的计算发现:当选取一定的光束拦截比时,聚焦光束存在一个焦点开关。     

碳纳米管悬浮液的光限幅特性实验研究

 通过超声波降解法制备了多壁碳纳米管的水-表面活性剂悬浮液，测量了其对于1 064 nm，脉宽10 ns Nd:YAG调Q脉冲激光的光限幅曲线。实验发现：入射激光能量密度较低时，出射能量密度随入射能量密度的增加而线性增加；当入射能量密度为160 mJ/cm²时，出射能量不再线性增加并且逐渐趋近于光限幅器的嵌位输出值，约16 mJ，同时，对激光的透过率从71%下降到15%。通过Z扫描和探针光实验以及45°散射角下散射能量、散射率随入射激光能量变化曲线的测量，对碳纳米管悬浮液的光限幅机理进行了研究。结果表明：其限幅机理可能源于碳纳米管吸收激光能量后升华产生的膨胀的碳气泡对入射激光产生的非线性散射；另外，非线性折射对光限幅效果也有一定的作用。     

高斯光束通过双焦透镜的聚焦特性

 从Collins公式出发,研究了高斯光束通过双焦透镜后的聚焦特性。在无光阑的情况下,给出了轴上光强和x, y方向两束腰及其位置的解析公式。详细的数值计算表明,轴上光强最大点位于其中一个束腰位置附近或者相重合,但始终不能超过透镜较大的焦点。并且,相对束腰的位移随光阑效应的增加而增加。     

高斯光束在偏硼酸钡单晶和孪晶中的倍频现象

理论探讨了高斯光束在非线性单轴晶体中的倍频效应。基于麦克斯韦方程组并考虑晶体的各向异性推导出负单轴I型晶体相位匹配下的倍频耦合波方程组。建立了具体的关于偏硼酸钡（BBO）单晶以及孪晶的物理模型并做数值求解。对求解所得到的单晶以及孪晶的谐波能流分布、晶体出射面探测点处谐波电场时域分布、总输出能量、输出光束频谱和输入光束角谱分别进行分析讨论,从束腰宽度、晶体结构以及材料性质对倍频的影响等方面做出具体合理的解释。研究结果对于单轴晶体的非线性光学性质的研究以及相应的光学晶体器件的研发等具有一定的参考价值。     

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.     

基于SBS光限幅和金属酞菁光限幅相结合的复合型光限幅器的研究

为了使受激布里渊散射(SBS)光限幅器的输出能量更"平",提出了一种基于SBS光限幅和金属酞菁光限幅相结合的复合型光限幅器的方案,即SBS光限幅后边放置金属酞菁光限幅,在两种光限幅器的共同限幅作用下,使复合型光限幅器的输出光能量更"平". 数值模拟了该复合型光限幅器的输出光能量随入射光强度的变化曲线,并在Countinuum's Nd: YAG种子注入式激光器中进行了实验验证. 理论和实验结果均表明,复合型光限幅器的输出光能量比单独SBS光限幅器更"平". 关键词： 复合型光限幅器 SBS光限幅 金属酞菁限幅     

受激布里渊散射对纳秒激光脉冲光限幅规律

 研究了受激布里渊散射对纳秒激光脉冲的光限幅效应。针对四氯化碳介质研究了受激布里渊散射对2ns激光脉冲的光限幅和稳定输出能量的特性,给出了光限幅特性及输出能量与光限幅介质的结构参数之间的关系。对于输入能量波动范围在 13%的激光脉冲,实验获得输出能量波动范围为 7%,与理论分析的结果基本符合。     

Tight focusing effect of annular obstructed incident beam in the focal region of high NA lens

Focusing properties of the azimuthally polarized axisymmetric Bessel-modulated Gaussian beam with Quadratic Bessel Gaussian (QBG beam) and annular aperture are investigated theoretically by vector diffraction theory. Simulation results show that the intensity distribution in focal region of the azimuthally polarized axisymmetric QBG beam can be shifted along optical axis considerably by changing parameter (C). On introducing annular aperture (δ), focal pattern at the focus extends along optical axis. In this paper, we have shown the generation of focal hole and focal shifting in the axial direction of incident beam propagating through aligned optical system which is suitable for application such as optical manipulation and optical trapping.     

聚对苯撑乙烯衍生物/氯仿溶液的自衍射及光限幅特性的研究

用532 nm基模高斯光束对2-甲氧基5-丁氧基取代聚对苯撑乙烯的氯仿溶液进行激光诱导衍射实验及光限幅特性的研究.实验发现,当高斯光束通过样品溶液时,在远场处出现衍射环;随着入射功率的增大,衍射图案会发生显著的变化.理论分析表明,该现象可以用光克尔效应、热效应作用下的附加相位孔对入射光束的衍射行为来解释.还进一步研究了532 nm激光作用下样品溶液的光限幅特性,根据实验结果分析得出:由热效应引起的自衍射是产生光限幅特性的主要机制.     

平顶高斯光束经含失调圆孔光阑的失调光学系统的传输特性

为分析平顶高斯光束通过光学系统传输时圆孔光阑失调和光学元件失调对平顶高斯光束传输特性的影响,利用失调圆孔光阑的近似展开式和适用于失调光学系统的广义衍射公式,得出了平顶高斯光束经含失调圆孔光阑的失调光学系统传输的近似解析式,给出了输出光束场分布与光束参量、光阑孔径尺寸、光阑和光学元件失调量等的定量关系.针对特定光学系统定量分析了各失调量对输出光束场分布的影响,结果表明各元件失调都对输出光束强度分布产生较大影响.但在各失调量较小的情况下,透镜失调对输出光束传输特性的影响比光阑失调对输出光束传输特性的影响更明显.     

对数饱和非线性介质中的自洽多模高斯孤子解

通过解对数饱和非线性介质中光场满足的非线性薛定谔方程,得到一组厄米-高斯型的自洽多模解.在借鉴了R.G.Glauber的相干态理论的基础上,合理假设这组解在非线性介质中呈泊松分布,进而得到了在对数饱和非线性介质中存在高斯孤子的结论,并获得高斯孤子解、非线性系数与泊松参量三者之间的关系.该关系说明,若在介质中存在高斯孤子解,其非线性系数必须满足条件a≥1.当α=1,在介质中仅存在单模高斯孤子,其光斑尺寸必须满足的条件W=1/k n0/n2.在该条件下,以"束腰"注入介质中的高斯光束才可以在保持其光斑尺寸不变的情况下传输,否则光斑尺寸会存在一定的振荡.而振荡方式、振荡范围(表示光斑尺寸展宽或压缩及大小)与输入光束光斑尺寸及其一次导数有直接关系.     

偏离束腰入射对非局域非线性介质中高斯光束演化的影响

从1+1维强非局域模型出发，讨论了偏离束腰入射的高斯光束在非局域非线性介质中的传输 特性，得到了精确的解析解.结果表明，在聚焦介质中偏离束腰入射时，不论入射功率多大 ，光束束宽将发生周期性波动，光孤子不复存在，这与从高斯光束束腰入射的情况有本质的 不同；入射功率决定了光束平均束宽的大小，入射位置决定了光束初始的演化趋势.比较了在入射位置相同的条件下，聚焦介质、散焦介质和线性均匀介质中光束的演化.给出了“空 间啁啾”的定义，偏离束腰入射的物理本质是光束的不同入射位置对应不同的初始空间啁啾 .空间啁啾的概念， 关键词： 非局域非线性介质 空间光孤子 高斯光束