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。     

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。     

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.     

超短脉冲激光空间调制下小尺度自聚焦的实验研究

实验研究了超短脉冲激光的空间小尺度自聚焦的动态变化过程.具体实验过程是使经过正交细丝的衍射来实现激光的空间调制,然后通过非线性Kerr介质二硫化碳,随着输入功率的增大,超短脉冲开始出现小尺度自聚焦增长现象.实验发现,每个小尺度自聚焦峰值并不是随着功率的增大而无限地增长下去,而是在不同位置出现了新的调制增长点,这些新出现的增长与原有的增长相互竞争,最终导致了分裂成丝.通过数值模拟相应的传输过程,发现数值模拟结果与实验结果符合很好. 关键词： 小尺度自聚焦 高功率激光 超短脉冲     

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。     

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.     

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。     

用高阶对比度研究光束的小尺度自聚焦

提出了高阶对比度这一新参数来描述光束的近场均匀性，并用之研究高功率激光装置中的小 尺度自聚焦现象.分析了高功率光束小尺度自聚焦发生的过程中填充因子、调制度、对比度 及高阶对比度随B积分值的变化，指出高阶对比度在光束出现自聚焦成丝前后有更显著 的变化，所以是描述小尺度自聚焦效应的理想参数. 关键词： 小尺度自聚焦 三阶对比度 四阶对比度 功率谱密度相位噪声     

片状放大器中片间空气间隔对小尺度自聚焦的影响

从非线性Schr?dinger方程出发，根据线性的近似分析方法，通过把介质片厚度和片间空气间隔转化为线性与非线性传输距离比讨论了系统B积分值和空气间隔对非线性增益谱的影响.着重分析了激光介质片数以及B积分值和非线性增长率之间的关系，并讨论了增长率随B积分值与片数的变化规律.其他参量不变的情况下，片间空气间隔的增大，使增益谱向长波方向移动，而介质片数则对增益谱的最高增益和谱线位置都有影响.同时，对这一现象做了无空气间隔的等效模拟.     

Small-scale self-focusing of divergent beam in nonlinear media with loss

<正>Bespalov-Talanov theory on small-scale self-focusing is extended to include medium loss for a divergent beam.Gain spectrum of small-scale perturbation is presented in integral form,and based on the derived equations we find that the cutoff spatial frequency for perturbation keeps a constant value.The larger the medium loss is,the smaller the fastest growing frequency and the maximum gain of perturbation with defined propagation distance are.For a given medium loss the maximum gain of perturbation becomes larger,while the fastest growing frequency becomes smaller as the propagation distance becomes longer. Furthermore,physical explanations for the appearance of these features are given.     

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

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

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。     

Generation and amplification of magnetic islands by drift interchange turbulence

We investigate the multiscale nonlinear dynamics of a linearly stable or unstable tearing mode with small-scale interchange turbulence using 2D MHD numerical simulations. For a stable tearing mode, the nonlinear beating of the fastest growing small-scale interchange modes drives a magnetic island with an enhanced growth rate to a saturated size that is proportional to the turbulence generated anomalous diffusion. For a linearly unstable tearing mode the island saturation size scales inversely as one-fourth power of the linear tearing growth rate in accordance with weak turbulence theory predictions. Turbulence is also seen to introduce significant modifications in the flow patterns surrounding the magnetic island.