亚强非局域介质中的超高斯空间光孤子族研究

研究了亚强非局域介质中超高斯光束的传播特性.运用变分法,对任意实对称响应函数泰勒级数展开取至四阶,得到了1+1维亚强非局域非线性介质中光束传输的超高斯光束的近似分析解.分析结果表明：束宽解是椭圆雅可比双周期函数,相移、空间啁啾以及临界输入功率都正比于超高斯光束的阶数.提出了超高斯空间光孤子族模型和准方波形空间光孤子的实现可能性.     

强非局域非线性介质中的超高斯空间光孤子族

运用变分法,对任意实对称响应函数泰勒级数展开取至二阶,得到了1 1维强非局域非线性介质中光束传输的超高斯光束的近似分析解,提出了超高斯空间光孤子族模型。分析结果表明:束宽解是三角函数型,相移、空间啁啾以及临界输入功率都正比于超高斯光束的阶数,束宽振荡周期不仅与介质材料有关,而且还与光束和相位因子的阶有关。提出了准方波形空间光孤子的可能性。     

方形超高斯光束在Kerr介质中的强度演化特性

基于非线性薛定谔方程,采用分步傅里叶算法模拟了方形超高斯光束在Kerr介质中的传输情况,重点分析了方形超高斯光束轴向中心强度与对角方向强度的演化特性,同时还分析了其在Kerr介质中的自聚焦特性、峰值光强变化情况以及B积分变化情况。研究结果表明:方形超高斯光束通过Kerr介质后,距光束中心不同距离处有不同程度的强度增强和凹陷,光束中心附近的强度增强和凹陷较弱,光束边缘以及四角处的强度增强和凹陷较强,且对角方向上的强度增强和凹陷程度要强于轴向中心方向;减小阶数可以减缓光束的边缘强度增强,并可以减缓B积分的增长;减少Kerr介质厚度可以降低光束边缘强度增强程度,并可以减小B积分的大小。提出了光束边缘强度起伏的主要原因可能是光束的相干叠加。     

超高斯光束在片状放大器中传输的特性研究

根据非线性薛定谔方程 ,应用分步傅立叶算法 ,模拟了不同强度的入射超高斯光束在片状放大器中的传输行为。分析了超高斯光束的光束宽度参量、阶数 ,以及片状放大器中的自由传播空间对光传输的影响。     

强激光圆对称超高斯光束的自聚焦环

通过数值求解非线性薛定谔方程 ,详细描述了圆对称超高斯光束在 Nd:glass介质中传输形成的自聚焦环。初始光束受到扰动后 ,环就会分裂形成强烈的细光束 ,显示出自聚焦环的不稳定性 ,细光束具有很大的峰值光强 ,将对介质造成极大的危害     

超高斯光束在片状放大器中传输的特性研究

 根据非线性薛定谔方程,应用分步傅立叶算法,模拟了不同强度的入射超高斯光束在片状放大器中的传输行为。分析了超高斯光束的光束宽度参量、阶数,以及片状放大器中的自由传播空间对光传输的影响。     

强激光圆对称超高斯光束的自聚焦环

 通过数值求解非线性薛定谔方程,详细描述了圆对称超高斯光束在Nd:glass介质中传输形成的自聚焦环。初始光束受到扰动后,环就会分裂形成强烈的细光束,显示出自聚焦环的不稳定性,细光束具有很大的峰值光强,将对介质造成极大的危害。     

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。     

克尔效应对高斯光束质量M2因子的影响及抑制

用分步傅里叶方法计算了高斯光束在克尔介质中的传输过程，采用最小均方根办法对光场进行二项式曲线拟合得到光束质量因子，计算结果表明：当B积分在2rad以内，克尔效应越强则它对因子影响越大；同时，它的这种影响能力也受到光束宽度和光束腰平面到克尔介质的距离的两个因素的影响，即光束越宽，影响越小，距离越大，影响反而较小；最后，基于B积分的可叠加性，提出用具有负非线性折射率系数的非线性介质来补偿正克尔效应、降低光束因子，并指出两端补偿是最优的方式之一.     

环形光束的非线性传输及聚焦特性研究

针对用于产生光镊的环形光束,利用分步傅里叶-贝塞尔变换算法,对二维环形超高斯光束的非线性传输及聚焦过程进行了数值模拟,给出了环形光束聚焦场附近的光强分布,并分析了非线性调制对聚焦性质(包括焦面中心光强、焦面光强的横向分布、轴上光强和光束质量)的影响.研究表明,从聚焦角度来看,非线性调制中的位相调制比振幅调制对环形光束聚焦性质的影响程度要大;从非线性传输角度来看,随着非线性介质长度的增加,位相调制和振幅调制对环形光束聚焦性质各有不同程度的加剧,其中非线性作用对振幅调制的影响要比位相调制明显.     

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.     

Propagation of Laguerre–Gaussian beams in cubic–quintic nonlinear media by variational approach

We analyze the propagation of Laguerre–Gaussian (LG) beams in a cubic–quintic nonlinear medium by using the variational method. For low intensities, the results are in good agreement with the results of a numerical simulation. The characteristics of LG beams in the nonlinear medium are explored and the electric field distribution in the far field after passing through the nonlinear medium is calculated.     

M~2-factor of high-power laser beams through a multi-apertured ABCD optical system

Based on the generalized truncated second-order moments, an approximate analytical formula of the beam propagation factor M~2 of high-power laser beams passing through the optical system with multiple hard-edged apertures is deduced. Numerical examples of the beams passing through an aperture-spatial filter are enclosed, and the influences of amplitude modulations(AMs) and phase fluctuations(PFs) on the beam propagation quality of high-power laser beams passing through the multi-apertured ABCD optical system are considered and discussed. It is shown that PFs are able to degrade the beam propagation quality of laser beams more than AMs when the high-power laser beams passing through the aperture-spatial filter, furthermore, one or two aperture-lens optical systems configured appropriate aperture parameters are both able to upgrade the beam propagation quality of high-power laser beams. The M~2 factor of Gaussian beam passing through the multi-aperture optical system is a special case in this paper.     

克尔介质表面缺陷对高斯-谢尔模型光束的调制

利用惠更斯-菲涅耳衍射积分公式,推导了高斯-谢尔模型光束经非线性克尔介质的表面缺陷调制后的交叉谱密度公式,研究了受调制高斯-谢尔光束的光强演化特性。数值模拟表明:缺陷也可导致部分相干光束在介质后表面产生一个极强点,缺陷越大,极强点越远离介质。非线性折射率为正值或负值的介质也分别使部分相干光束发生会聚或发散现象。空间相干长度越长以及附加相移和缺陷尺寸越大,光场受调制越厉害。     

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。     

高斯光束通过非线性介质后的远场衍射图样的研究

 利用菲涅尔－基尔霍夫衍射积分公式，对发散和会聚高斯光束通过薄非线性介质时形成的远场衍射图样进行了研究。模拟计算结果表明：当发散高斯光束通过自散焦介质或会聚高斯光束通过自聚焦介质时，远场均会出现中央较暗、向外围逐渐增强、分布尺度较大的粗衍射环；当发散高斯光束通过自聚焦介质或会聚高斯光束通过自散焦介质时，远场均会出现中心强度最大、向外围逐渐减弱、分布尺度较小的细衍射环。不同远场衍射图样归根结底是入射高斯光束因介质折射率变化造成的空间自相位调制及其波前曲率共同作用的结果。     

Two orthogonally polarized optical beams in a family of Kerr-law nonlinear shifted parabolic graded-index rod lenses

The field, the propagation and the imaging characteristics of two Gaussian optical beams with orthogonal polarization passing through a family of Kerr-law nonlinear shifted parabolic graded-index rod lenses are investigated. The coupled differential equations of the dimensionless beam-width parameters of two Gaussian optical beams are derived by using a variational approach and then solved. It is concluded that there are two regimes of propagation and that the power, the incident waist radius and the position of one beam have large effects on the field, the propagation and the imaging characteristics of the other beam.     

SBS相位共轭补偿现象的实验研究与图示化分析

通过实验观察了受激布里渊散射相位共轭波前补偿现象,分析了单横模激光、波前弱畸变及强畸变激光受激布里渊散射现象的差异.由于工作介质中强烈的热畸变所引起的波前破碎效应,高功率固体激光器的输出光束一般都不是理想的高斯型单横模,而是具有弱畸变或强畸变波前结构的光束,其包含多个子光束.只有总能量足够大的激光束被聚焦到布里渊介质中时,其包含的所有子光束才能各自按单横模受激布里渊散射规律产生后向散射光,再合并而实现完全的相位共轭波前反转,否则就只能实现部分相位共轭波前反转,即部分相位共轭补偿.     

高斯光束通过非线性介质层的限幅效应

本文用数值分析的方法研究了两维高斯光束通过一定厚度的非线性折射介质后在线性空间传播的状态,分析了光束的近场和远场横向强度分布及通过一定孔径光阑的功率.结果表明,在考虑到光束经过非线性介质时,相位与横向分布都会发生变化后,仅在非线性折射效应作用下,在远场就存在限幅效应.在一定的强度范围之内,近场也存在限幅利用的可能性.