增益介质中发散光束的小尺度自聚焦

将Bepalov-Talanov理论拓展为发散光束在增益介质中的情形,研究了介质小信号增益和饱和增益情况下小尺度扰动的自聚焦特性.在小信号增益情形下,对于确定的输入功率,不同的光束初始曲率半径,小尺度调制增长的临界频率、最快增长频率及其对应的最大增益随介质小信号增益或传输距离的变化有不同的变化性质.光束初始曲率半径表征着光束衍射发散的程度,它的减小在一定程度上能够使小尺度调制的最快增长频率和最大增益减小.小信号增益情形下,对于确定的输出功率,增加介质小信号增益,扰动的最大增益会随之减小,而最快增长频率相应向低频方向移动.相比于小信号增益情形,饱和增益介质情形下小尺度调制增长的最快增长频率及最大增益较小.在不同的系统设计中,需权衡放大器增益及光束参数,选择合适的系统参数及光束控制装置进行实际应用.     

非傍轴光束的小尺度自聚焦研究

基于非傍轴传输方程,利用线性扰动理论,得到了小尺度调制增长率的表达式.在此基础上,讨论了非傍轴对小尺度自聚焦的影响.通过对非傍轴和傍轴情形下小尺度调制的增益谱分析,发现非傍轴对小尺度调制的增益谱的影响程度与光束的强度有关,光强越强,影响越大.但总的趋势是非傍轴使小尺度调制增长的截止频率、最快增长频率和最大增长率减小,而非傍轴对截止频率和最快增长频率的影响比对最大增长率的更大 关键词：     

增益(损耗)介质中高功率激光束的小尺度自聚焦理论研究

将Bespalov-Talanov理论推广到介质有增益(损耗)的情形,揭示了在介质有增益或损耗从而 光强随传输距离变化的情况下小尺度自聚焦的特性.主要是在一定的输入功率下,小尺度调 制增长的临界频率、最快增长频率及其对应的最大增益(B积分)均随介质增益或传输距离的 增大而增大;对于确定的输出功率,随介质增益的提高,B积分值变小,同时最快增长频率 向低频方向移动.利用局部能量守恒定律唯象地研究了增益和损耗对激光束成丝的影响,发 现增益使成丝距离延长而损耗使成丝距离缩短.讨论了介质增益和损耗对高功率激光放大器 设计的影响.尽量使激光器在小输入高增益状态下运行,可以从某种程度上抑制因小尺度自 聚焦而导致的介质破坏效应. 关键词： 自聚焦 成丝 强激光传输     

介质的增益与损耗对高功率激光小尺度自聚焦的影响

 由光束在非线性介质中传输所满足的近轴波方程，应用Bespalov Talanov（BT）理论，导出了光束在两种介质中传输时，小尺度不稳定增长所遵循的微分方程。通过对比分析介质的增益和损耗对高功率激光的小尺度自聚焦行为的不同影响，得出了截止频率、最快增长频率、纹波的积分指数增益等特性随各参量的变化,求得了最大和最小的纹波增长的距离，以及介质的增益和损耗特性对成丝距离的影响。     

高功率激光多程放大系统光束传输的计算分析

 报道了高功率激光多程放大系统光束传输的模拟程序, 该程序考虑了放大介质的增益分布、增益饱和、增益恢复系数、介质吸收损耗、B积分以及光阑和空间滤波器等光学元件对激光传输和放大的影响, 并给出了典型的计算实例。     

飞秒脉冲激光1维强度调制的传输特性

实验研究了飞秒激光干涉条纹在CS2介质中传输的增长率与条纹间隔以及增长率与中心峰值强度的关系。结果发现,在非线性介质中传输的1维干涉调制特别是当其调制频率位于中心光强对应的最快增长频率附近时,随着传输距离的增加调制场迅速获得增长,将高斯光束分裂成多根峰值强度很高的带状细丝。相应的数值模拟与实验结果具有较好的一致性。     

小尺度自聚焦理论的非傍轴修正

从原始的非傍轴传输方程出发,研究了光束的非傍轴效应对小尺度自聚焦现象的影响结果是,非傍轴效应对不稳定区间的截止频率没有影响,但使最快增长频率增大,最大增长率减小同时,由于非傍轴的影响出现了一个新的增益区间,在该区间里,增益远远大于在原区间里的增益,但是,随着背景光强的增大,增益迅速减小.     

位相共轭、自聚焦等相关效应

从原始的非傍轴传输方程出发,研究了光束的非傍轴效应对小尺度自聚焦现象的影响。结果是,非傍轴效应对不稳定区间的截止频率没有影响,但使最快增长频率增大甲最大增长率减小。同时,由于非傍轴的影响出现了一个新的增益区间,在该区间里.     

高功率钛宝石激光放大器理论研究

从麦克斯韦方程出发，建立了宽带高功率激光放大系统的理论模型，同时用数值方法对宽带和窄带高功率激光放大器进行了计算，讨论了增益变窄效应在放大系统中对放大脉冲的影响，从理论上提出并验证了消除由放大介质发射截面不对称对脉冲造成的畸变的方法。论文对正确设计高功率激光驱动器也具有一定指导价值。     

高功率超短脉冲激光系统中光谱增益窄化补偿的调制函数

 设计了一种与高功率超短脉冲激光放大过程中获得的总增益、增益介质的带宽、激光带宽、脉冲中心波长等参数相关的调制函数，对激光放大过程中的光谱增益窄化进行补偿。此调制函数的优越性在于，对不同性能的激光系统，无需改变调制函数的形式就能适用。通过数值模拟的方法，讨论了在不同增益介质带宽、激光带宽、脉冲中心波长下的补偿效果。此调制函数在高功率超短脉冲激光系统中有良好的应用前景。     

光脉冲在激光放大介质中的非线性传播

 在考虑了激光放大介质中基质的克尔非线性效应和群速度色散以及活性粒子的增益分布后，导出了光脉冲在激光放大介质中传播的基本方程。并在光脉冲中心频率与介质增益峰值频率时重合时，对皮秒超高斯光脉冲在钕玻璃激光放大介质中传播的脉冲形状进行了分析讨论。     

Small-scale Self-focusing of Intense Laser Beams in Nonlinear Media with Loss

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｉｔｉｓｗｅｌｌｋｎｏｗｎｔｈａｔｓｍａｌｌ ｓｃａｌｅｓｅｌｆ ｆｏｃｕｓｉｎｇ (ＳＳＳＦ)ｃａｎｃａｕｓｅｔｈｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎａｎｄｂｒｅａｋｕｐｏｆｈｉｇｈｐｏｗｅｒｌａｓｅｒｂｅａｍｓｂｙａｍｐｌｉｆｙｉｎｇｓｍａｌｌ ｓｃａｌｅｂｅａｍｉｍｐｅｒｆｅｃｔｉｏｎｓ.Ｔｈｉｓｐｒｏｂｌｅｍｉｓｏｆｐｒａｃｔｉｃａｌｉｍｐｏｒｔａｎｃｅｂｅｃａｕｓｅｉｔｉｓｔｈｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒｌｉｍｉｔｉｎｇｔｈｅｍａｘｉｍｕｍ ｐｏｗｅｒａｖａｉｌａｂｌｅｆｒｏｍａ…     

均匀展宽增益介质中超光速饱和现象的研究

根据饱和增益理论分析可知,不同抽运光功率对应着介质不同的吸收和增益状态. 在吸收介质中,相干布居振荡效应导致光脉冲经历饱和吸收,光脉冲传输延迟;在增益介质中, 相干布居振荡效应导致光脉冲经历增益饱和,光脉冲传输超前. 本文由铒离子的亚稳态速率方程出发,建立了掺铒光纤中超光速传输的理论模型, 同时得到时间超前的数值解析表达式;讨论了低频率段超光速的饱和现象, 即超光速在低频段并不随着抽运光功率的增强而加强,而在高频率段随抽运光功率的增加而加强.     

Study of nonlinear propagation of chirped optical pulses in laser amplifying medium

In chirped pulse amplification, the amplification of an optical pulse in laser amplifying medium is a very important link. After considering dispersion, Kerr nonlinear effect, gain distribution and loss of the medium, the physical model that the optical pulse propagates in the medium has been established, which is suitable for the general situation where the optical pulse propagates in the amplifying medium. Using a split-step Fourier method, the propagation state of a chirped optical pulse in the amplifying medium has been numerically simulated, and the influences of the gain dispersion of the medium and the frequency detuning of the pulse on the optical pulse have been discussed emphatically. The results show that, with the amplification and propagation of the ultrashort chirped pulse in the amplifying medium, gain saturation and Kerr nonlinear effect of the medium will cause distortion of the optical pulse. For the optical pulse with a wideband spectrum, gain dispersion will cause the gain narrowing effect, so it is equivalent to a loss mechanism. The frequency detuning of the optical pulse will cause distortion of the pulse, which can be used to weaken the impact of gain saturation, thus reshaping the optical pulse.     

光纤中扰动的小信号增益

从非线性薛定谔方程出发,在小信号近似下,推导并求解了光纤中扰动相位和幅度的演化方程,利用得到的扰动相位及功率增益的表达式,研究了初相位和频率对传输过程中扰动增益的影响。研究表明：扰动的初相位对扰动增益的初值和初始阶段的演化规律有重要影响;取决于扰动初相位,任何一个频率的扰动增益都有可能达到一个共同的最大值;在被认为无调制不稳定的正色散区和扰动频率大于截止频率的负色散区,扰动增益随距离是振荡的;在被认为有调制不稳定的扰动频率小于截止频率的负色散区,频率相同而初相位不同的扰动增益将经历不同形式的演化后趋于同一正值。     

Group velocity manipulation in active fibers using mutually modulated cross-gain modulation: from ultraslow to superluminal propagation

We propose and experimentally demonstrate the propagation of slow/fast light in an erbium-doped fiber (EDF) using mutually modulated cross-gain modulation. The group velocity of the light signal can be manipulated by the effect of gain cross-saturation modulation by a saturating light at an arbitrary wavelength in the gain bandwidth of the EDF. The ultraslow propagation with a small group velocity of 5.6 × 10?3c (c is the light speed in free space) and superluminal propagation with a negative group velocity of -1.1 × 10?3c has been observed under different modulation phases.     

非线性增益介质中强激光热像的演化规律

高功率激光系统中的热像效应可能导致光束的峰值功率剧烈增加,增益非线性介质会使这种光强增幅更为强烈。基于菲涅尔-基尔霍夫衍射理论和非线性近轴波动方程,对强激光在增益克尔介质工作在饱和区时的热像产生过程进行理论分析,将光束传输方程中增益饱和部分进行麦克劳林展开,取其近似,经过推导得出了介质薄近似时热像强度解析式和热像位置。通过数值模拟对解析结论预测的热像强度和位置进行验证。仿真结果表明,热像的位置在衍射物相对于介质对称处,热像强度解析结果与模拟结果相符,在薄介质时,解析解与模拟结果拟合较好。热像强度随非线性介质内非线性效应增强而停止增加,此外,讨论了热像强度随调制类型的变化。     

半导体激光器实现波长转换的理论模型分析

作为自动交换光网络中的核心器件，全光波长转换器的研究是目前的热点。提出了基于半导体激光器实现波长转换的理论模型，采用小信号分析方法，利用速率方程求解了波长转换的频率调制响应特性。并初步研究了不同半导体激光器工作电流、码速、输入信号光功率、增益吸收系数条件对波长转换性能的影响。这对于优化基于半导体激光器的全光波长转换器有一定的参考价值。     

The Micro-Theory of Ultra-Short Pulse Propagating in Nonlinear Fiber

The modified quantum nonlinear Schrodinger equation of ultra-short pulse propagating in fiber is derived using dispersion relation and the Hamiltonian of the transmission system. The derived equation is solved with linearization approximation, and modulation instability is analyzed. The equation is also solved with Hartree approximation. The results indicate that pulse power, loss and self-steeping effect change the critical frequency, the maximum gain and the gain spectrum range, but the third order dispersion has no effect on modulation instability. The expectation value of optical field is average of a set of modified classical solitons, and higher order terms change the amplitude, pulse position and phase of soliton.