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.     

基于轴棱锥产生近似无衍射Mathieu光束的新方法

提出了一种基于轴棱锥产生零阶近似无衍射Mathieu光束的新方法,利用轴棱锥聚焦具有椭圆高斯振幅调制的平面波,得到近似零阶无衍射Mathieu光束.根据椭圆高斯平面波经轴棱锥衍射的衍射积分公式,对光强分布进行了数值模拟,依据几何光学模型计算了近似无衍射Mathieu光束的最大无衍射距离,并设计了实验对理论模拟的结果进行了验证.实验采用柱透镜和准直扩束系统变换圆高斯光束产生具有椭圆高斯振幅调制的平面波,用轴棱锥聚焦该平面波后得到近似无衍射Mathieu光束,实验结果与理论模拟和计算相符.     

飞行光学导光系统中的空气热透镜效应

研究了激光加工用大功率ＣＯ２激光束在飞行光学导光系统中传输所产生的空气热透镜效应。实验发现当飞行光学导光系统中的空气静止时将产生空气热透镜效应,而充以一定压力的压缩空气却可以消除空气热透镜效应,实验表明无热透镜效应时,光束遵循高斯光束传输规律,而秀热透镜效应时,光束偏离高斯光束的传输规律,并影响到激光束聚焦焦点的大小和位置。另外通过激光空气热透镜效应的非线性模型计算了热透镜效应所引起的光束传输相对     

基于酱油热透镜效应的现象演示及焦距测量

为了演示低功率高斯激光条件下的热透镜效应,采用酱油作为研究介质,设计了简易、低成本、安全可靠、可控性好的可视化装置,来观察该非线性光学效应,采用光学成像法与高斯光束变换法测量热透镜等效焦距,通过比较验证,得到的结果接近,证明了这两种方法的可行性.     

高斯光束非线性“热像”效应研究

高功率激光系统中非线性“热像”强度可能达到光学元件损伤阀值，从而对系统的安全运行造成威胁.以往的非线性“热像”现象研究都是基于无限大平面光波背景，但实际系统中传输的是有限束宽光束.本文以高斯光束为例，基于无像差自聚焦理论分析了有限束宽光束的“热像”形成规律.结果表明，高斯光束“热像”的强度与位置在光束腰斑较小时与平面光波情况有明显不同，但光束腰斑较衍射物大得多时，高斯光束可以近似当作平面光波处理.     

孔径光阑限制下高斯光束的传输

对高斯光束在硬边孔径限制下的衍射进行了详细的理论研究,就不同口径的圆孔限制下高斯光束在菲涅耳衍射区和夫琅禾费衍射区的分布进行了理论分析,从而得到了孔径受限高斯光束的横向以及轴向的衍射公式,进而对高斯光束在不同衍射区域内衍射光场分布形状随孔径尺寸变化时的演化规律进行了数值计算,并对小口径光阑受限的高斯光束的衍射与平行光经同尺寸光阑的衍射进行了比较。结果表明在较小口径下,两者的分布基本一致。得到的孔径光阑限制下高斯光束的传输规律为高斯光束在自由空间光通信和光学超分辨中的应用提供了理论基础。     

以衍射理论为基础考虑双光子吸收的Z-扫描理论

以菲涅尔-基尔霍夫衍射理论为基础,建立了非线性介质对高斯光束的衍射模型,对高斯光束通过非线性介质后的传输行为进行了详细的理论推导和数值计算,从一种新的角度解释了Z-扫描现象.理论推导出了考虑双光子吸收的闭孔和开孔Z-扫描曲线的统一公式,是计算非线性折射率和双光子吸收系数的一种新方法.数值模拟计算表明,对于考虑双光子吸收的闭孔Z-扫描曲线,其结果与经典的Z-扫描理论完全一致.而对于已给定的开孔Z-扫描曲线,用该理论计算出的双光子吸收系数是经典开孔Z-扫描理论计算值的1/3,其它结论与传统Z-扫描理论完全吻合.该理论的近似条件只要求薄样品和小非线性吸收,比传统理论具有更好的准确性.     

Si／SiNx超晶格材料的非线性光学特性

采用射频磁控反应溅射技术与热退火处理制备了Si/SiNx超晶格材料。利用吸收光谱和X射线衍射对材料进行表征。通过皮秒脉冲激光单光束Z-扫描技术研究了该材料在非共振吸收区的三阶非线性光学特性,实验结果表明,样品的非线性折射率为负值,非线性吸收属于双光子吸收。由实验数据得到材料的三阶非线性极化率实部和虚部分别为1.27×10-7,1.51×10-8esu,该值比体硅材料的三阶非线性极化率值大5个数量级。对材料光学非线性产生的机理进行了探讨,认为材料的非线性极化率的增加来源于材料量子限制效应的增强。     

椭圆孔径与轴棱锥系统产生带状近似无衍射光束

基于菲涅耳衍射理论,硬边孔径的复高斯函数展开法及稳相法研究了椭圆孔径与轴棱锥系统的光束传输特性,推导出了高斯平面波经轴棱锥衍射后产生的无衍射光场的表达式,数值模拟了不同传播距离处的截面光强分布,并设计了实验进行验证。用电荷耦合器件(CCD)拍摄得到不同传播距离处的光强分布。实验和模拟结果均表明平面波经椭圆孔径和轴棱锥系统后可获得具有马丢光束特征的带状无衍射光束。研究结果对无衍射光束在光学无损检测、条码扫描等应用上具有重要的指导作用。     

3类高斯光束的圆孔衍射特性

利用标量衍射理论,将空心高斯光束、贝塞尔高斯光束、平顶高斯光束3类高斯光束的圆孔衍射场进行傅里叶变换,并运用D-FFT算法对其圆孔衍射特性进行了数值计算,得到了衍射场中轴向和径向的光强分布特点,分析了光学参量对衍射结果的影响.分析结果表明:衍射特性与衍射距离、光束的阶数、圆孔束腰半径比等因素有关.     

基于直边衍射高斯激光驻波光学势阱仿真

为了研究基片边缘对激光汇聚原子光学势阱的影响, 基于标量光学理论, 采用数值计算对基片衍射与否两种情况下, 高斯激光驻波场光学势阱进行了仿真, 通过三维和截面仿真图充分显示了两种情况下高斯激光光学势阱的异同. 详细研究了激光中轴线与基片表面距离、 激光束腰和反射镜之间的距离对光学势阱的影响.     

扩束准直光学系统中光学元件失调对高斯光束传输变换的影响分析

基于广义惠更斯-菲涅尔衍射积分公式, 以高斯光束为激光束模型,推导了激光光束通过失调扩束准直光学系统的传输公式,分析了光学元件失调对扩束准直光学系统输出光束传输特性的影响,并在此基础上进行了仿真。实验结果表明,高斯光束通过失调扩束准直光学系统时,出射光束变为偏心高斯光束,光学元件失调程度越大,输出光束越偏离光轴,光束质量越差。在同样的失调下,长焦距光学元件对输出光束影响更大,因此在激光扩束准直光学系统中,调整长焦距光学元件更为重要。     

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.     

Propagation of a four-petal Gaussian vortex beam through a paraxial ABCD optical system

Based on the Collins diffraction integral formula, an analytical expression of a general four-petal Gaussian vortex beam passing through a paraxial ABCD optical system is derived by means of the mathematical technique. As a numerical example, the normalized intensity distribution of a four-petal Gaussian vortex beam propagating in free space is graphically demonstrated. The influences of beam order and topological charge on the normalized intensity distribution are discussed in detail. This research is useful to the optical trapping, optical communications, and beam splitting techniques, etc.     

级联介质的空间排布对光场特性的影响

基于菲涅尔衍射原理，应用傅里叶变换方法，从理论上推导了高斯光束经级联非线性介质传输后任意位置处光场分布的解析表达式,研究了光场峰值强度、峰值出现的位置以及光束的束宽和调制因子等参量在级联介质中的变化规律。结果表明：随着非线性效应的增强，光场峰值强度逐渐增大，峰值距离逐渐缩短，光束束宽不断减小而调制因子逐渐增大。在介质排布中要尽量错开光束峰值位置，采用均匀排布方案虽然可以降低元件受损的风险，但还需对介质均匀配置的间距进行有效优化。     

Power saturation effects in thick single-element optical limiters

Optical limiters relying on nonlinear absorption or nonlinear refraction are most effective against an incoming laser beam when the active material is thicker than one Rayleigh length. We have found that a variety of thick optical limiter configurations can be modelled by integrating the formulae for optical transmission by thin media, and that the results are exact to the first order in power or irradiance. The limiter behaviour saturates as the optical power increases. For the case of thick irradiance-dependent absorbers and an incident Gaussian beam model, we have also found that the predictions of a simple saturation formula for the optical transmittance agree well with the transmittance values computed using a numerical technique. Under certain conditions this saturation formula is also suitable for describing the transmission of nonlinear refractors, thereby providing a straight-forward technique for modelling limiters over a broad parameter range.     

聚苯胺/NMP溶液的激光诱导自衍射

实验观察到526um基模高斯先来通过聚苯按/N-甲基-2-吮咯烷酮(NMP)溶液时,在这场处产生了多个同心衍射圆环。该现象可以用高斯光束通过非线性介质时产生的空间自相位调制来解释。理论分析表明,对于薄样品,光束横截面上产生的非线性附加相移近似于高斯分布。通过测量衍射环个数,可以估算出聚苯胺/NMP溶液(对526um的吸收系数为0.56cm^-1)的克尔常数γ≈4.4x10^-10m²/W.     

Propagation of high-order Bessel–Gaussian beam through a misaligned first-order optical system

The generalized diffraction integralis used to derive a generalized formula for high-order Bessel–Gaussian beams (HBGBs) through a misaligned first-order ABCD optical system. It is found that, when a HBGB propagates through a misaligned optical system, the beam shape of the output beam is unchanged. However, the center of the output beam is deviated from the optical axis, forming a decentered HBGB. The position of the output beam may be controlled by adjusting the misaligned parameters. Based on the derived formula, the diffraction patterns of HBGBs propagating through a simple misaligned lens system have been calculated numerically. These results may be useful in the application of laser beams for trapping and manipulating a wide variety of particles.     

强非局域介质中高斯型损耗空间光孤子

 利用变分法研究了1+1维傍轴高斯光束在含有小损耗的强非局域非线性介质中的传输特性，得到了光束各参量的演化方程、束宽的演化规律和一个临界功率。在介质损耗足够小的前提下，当光束初始功率等于临界功率时，得到了一个束宽随传输距离缓慢展宽的准空间光孤子——损耗空间光孤子；当光束初始功率小于临界功率时，光束束宽则按雅可比椭圆正弦函数和椭圆余弦函数作准周期展宽变化；当光束初始功率大于临界功率时，光束束宽将从按雅可比椭圆正弦函数和椭圆余弦函数作准周期压缩变化过渡到按雅可比椭圆正弦函数和椭圆余弦函数准周期展宽变化。