发散光束小尺度自聚焦特性的研究

研究了发散光束的小尺度自聚焦效应。从非线性傍轴波动方程出发,利用坐标变换,推导出发散光束小尺度扰动的传输方程,进而得到小尺度扰动增长的临界频率、最大增长频率和相应B积分值的变化规律。研究了发散光束初始曲率半径对小尺度自聚焦效应的影响。结果表明,对于一定的传输距离,随着发散光束初始曲率半径的减小,小尺度扰动的最大增长频率减小,相应的最大增益减小,即B积分值也减小。对于一定的初始曲率半径,随着传输距离的增大,B积分值增长变缓,并最终停止。利用局部能量守恒定律研究了发散光束的成丝距离,发现小的初始曲率半径可以延长成丝距离。     

高功率激光放大器中光束的成丝和B积分

研究了高功率激光放大器中光束的成丝问题,利用弗兰兹－诺德威克（Frantz-Nodvik)模型将准稳态波动议程推广到介质有饱和增益的情形,进而得到高功率激光放大器中小尺度调制的传输方程,在小信号增益和饱和增益情形下,分别得到了小尺度调制方程的精确解析解和数值解。结果表明,对于相同的输入光强,增益使小尺度调制增益谱的范围加宽,最快增长频率增高,最大增长率提高;同时,在放大介质中,小尺度调制的最快增长频率和最大增长率还随传输距离变化,增益饱和效应使小尺度调制的增长速度以及B积分的增长低于无饱和放大情形。     

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：     

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。     

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.     

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     

有限能量Airy光束的小尺度自聚焦特性

研究了有限能量Airy光束在克尔介质中的非线性传输过程及整体自聚焦(特别是小尺度自聚焦)特性.研究发现相对于整体自聚焦,有限能量Airy光束主峰的小尺度自聚焦更容易发生,而且其噪音调制的增长速度随着截断系数的增加而变慢.通过对比研究不同截断系数小尺度自聚焦的增益谱,发现截断系数也极大地影响有限能量Airy光束的增益谱,截断系数越小Airy光束受噪音影响分裂的可能性就越大;对于较大的截断系数,有限能量Airy光束增益谱和由它主瓣拟合的高斯光束的增益谱越来越接近.研究结果对于有限能量Airy光束的潜在应用有一定的指导作用.     

光束成丝的非线性理论

在考虑调制场和本底场之间有能量交换的情况下,研究了小尺度调制场的非线性演化过程,结果表明,受到小尺度调制的光束在传输过程中有可能经历周期性成丝过程,通过与Bespalov-Talanov(B-T)关于成丝的线性理论比较,发现B－T理论给出的最快增长频率和临界频率等结果在非线性演化过程中仍然是适用的,但其给出的调制增长纺只在调制场的初始增长阶段与本文的非线性理论一致,此后,调制场的增长速度低于指数形式的增长速率,达到某个最大值后将经历周期性变化过程。     

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。     

热晕小尺度不稳定性实验研究

本文报导了STRS不稳定性的模拟实验结果,研究了正弦强度分布的小尺度扰动源在热晕介质中传播的不稳定性发展情况,对不同扰动空间周期、不同光功率下小尺度不稳定性的增长做了一些实验研究,证实了激光在介质传播中,热晕将导致小尺度不稳定性的指数增长。