高斯光束通过非线性折射和吸收介质的光强分布

以衍射理论为基础,推导并模拟了高斯光束通过非线性折射和吸收效应介质后的远场光强分布。结果表明:入射高斯光束引起的介质折射率变化和光束波前曲率影响介质出射面光束的径向调制相位,安装在焦点前的有自聚焦效应的介质和安装在焦点后的有自散焦效应的介质具有闪耀光栅的能力,使远场出现中心为暗斑外侧为亮环的衍射图样。非线性折射效应为主的介质,其非线性吸收效应的变化同时改变远场衍射图样的数目和光强值,但对于非线性吸收效应为主的介质,衍射图样的数目随吸收效应的变化不明显,吸收效应只影响光强值。     

C60掺杂向列相液晶薄膜的激光诱导自衍射现象研究

利用Kirchhoff-Fraunhofer衍射积分原理研究了实验中观察到的C60掺杂垂直排列向列相液晶(5CB)液晶薄膜的远场衍射图样.模拟计算结果表明:实验中观察到的衍射圆环是不同实验参数的结果,并给出了确定衍射圆环结构的主要参数C1和C2.当C1和C2的符号相同时,远场会出现中心强度最大,向外逐渐减弱,分布尺度较小的细衍射环;当C1和C2的符号相反时,远场会出现中央较暗,向外逐渐增强,分布尺度较大的粗衍射环.衍射圆环的产生可由高斯光束通过非线性样品是引起附加相位的自相位调制现象来解释.将使液晶材料应用于光限幅等光子学领域.     

非线性折射率测量的Z扫描方法

描述了利用会聚的单光束灵敏地测量各种非线性介质的非线性折射率和非线性吸收系数的方法。被测样品放置于会聚高斯光束的光轴上（ｚ轴），样品在焦点附近沿ｚ轴移动，在远场处放置带有小孔的屏。通过小孔测量光束通过样品后的透过率，根据透过率与样品位置的关系，即可得到非线性介质的非线性折射率和非线性吸收系数，并能确定非线性折射率的符号（自聚焦或自散焦）。给出了若干测量结果。     

高斯光束通过克尔介质的光强分布研究

以亚当姆预测 校正系统数值计算方法为基础,在同时考虑光束通过克尔介质后的相位和光束线型变化的情况下,利用惠更斯 菲涅尔衍射积分公式,对高斯光束通过克尔介质后的近场和远场的横向光强分布进行了研究.结果表明：当高斯光束通过“薄”介质的出射面时,不仅仅相位发生了变化,而且光强线型分布也不再呈理想的高斯分布,而是有一系列丝状的近高斯分布.光束通过克尔介质后,无论是在近场还是远场,其光束总能量分布都被发散了.结果同时表明：光束通过正克尔介质后的远场光强分布主要集中在中心附近,并逐渐向边缘减弱,而光束通过负克尔介质后远场光束能量主要集中在边缘.     

圆孔受限波差高斯光束的远场近似及发散度分析

引入复高斯函数对衍射受限的圆孔进行了复高斯分解,得到了波差高斯光束远场衍射的近似解析式。在各种参量条件下,近似解析式所表示的衍射图样与严格的夫琅和费衍射积分的衍射图样完全一致,这表明用此解析式表征远场衍射是正确的。它的形式相对简单,为计算带来极大的方便。基于此,对有波差的高斯光束的远场发散度进行了深入的研究,检验了确定参量的光束随距离的改变而发散度不被改变的特性;同时,探讨了在圆孔限制下,发散度随高斯光束的束腰及波差的改变而变化的关系曲线,结果表明,这两个参量是影响发散度的主要因素。     

高斯光束经圆形光阑衍射的远场发散特性

线偏振高斯光束经圆形光阑衍射后,其远场可表示成互相正交的横电(TE)项和横磁(TM)项之和。利用TE项和TM项的远场能流分布,导出了高斯衍射光束的TE项和TM项远场功率的解析表达式,由此可度量TE项和TM项在远场占总功率的比例。基于能流二阶矩的定义,给出了高斯衍射光束、TE项和TM项远场发散角的解析式以及三者远场发散角间的关系通式,重点分析了f参数和截取参数对远场发散角的影响。结果表明:随着f参数的增大,远场发散角先增大后趋向于各自的饱和值。截取参数对远场发散角的影响与f参数相关,当f参数较大时,截取参数对远场发散角的影响不明显;当f参数适中时,随着截取参数的增大,远场发散角先减小后趋向于各自的最小值;但当f参数较小时,高斯衍射光束和TM项二者的远场发散角出现一定的波动性。     

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.     

激光热自散焦的远场环形结构

本文导出高斯光束通过吸收介质时因热效应引起光线偏转的角度公式,据此对热自散焦效应的远场环形光强分布给出了直观的详尽的解释,指出干涉环状结构起因于从光束横截面的两环线上发出的同倾角光线间的相互干涉.分析了在不同入射光功率和不同束腰位置下的光强分布特性.给出产生环形结构的阈值功率和环数公式.并指出除了存在干涉型的粗环结构之外,还存在着一种起因于衍射效应的细环结构.全部理论分析与实验结果一致.     

竞争型非线性介质中艾里-高斯光束交互作用的调控

基于分步傅里叶法研究了艾里-高斯光束在三次聚焦和五次散焦竞争型非线性介质中交互作用的调控.结果表明:当入射角度为零时,同相位艾里-高斯光束相互吸引,五次散焦非线性强度较弱时,可形成周期逐渐缩短的呼吸孤子或强度不变的孤子.五次散焦非线性强度较强时,呼吸孤子的平均宽度变大甚至出现光束分叉现象,形成孤子对.反相位艾里-高斯光束相互排斥,排斥力随五次散焦非线性强度单调递增.当入射角度不为零时,通过控制光束入射角度的正负和初始间距.同相位和反相位艾里-高斯光束交互作用时可以同时表现出相互吸引和排斥的现象.     

Airy光束在Kerr介质中的传输特性

通过对非线性薛定谔方程的研究,得出Airy光束在Kerr介质中的崩塌功率及有效束宽演化的解析表达式。经过数值计算发现,Airy光束在聚焦的Kerr介质中,其主瓣在开始传播时始终是会聚的;当输入功率小于临界崩塌功率时,Airy光束主瓣的中心部分出现局部崩塌。在不同的Kerr介质中, Airy光束的形状和传输轨道均能保持不变,如同在自由空间中传播,但光场大小的分布,随着不同的Kerr介质会发生改变:在Kerr的聚焦介质中,光场向中心聚焦;而在散焦的Kerr介质中,光场会发散。     

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.     

Nonlinear Effects of a Gaussian Laser Beam on Megagauss Magnetic Field Generation in Laser Produced Plasma

The generation of megagauss magnetic field due to the time dependent part of the ponderomotive force of a self-focused Gaussian laser beam indicent on a plasma has been studied. Defocusing of the laser beam becomes possible due to diffraction divergence in the case of a weakly nonlinear medium. The influence of defocusing of a laser beam on magnetic field generation has also been investigated. It is found that the magnitude of the magnetic field due to self focusing of the beam is enhanced and is comparable with the observed values, while there is a reduction in the magnitude of the magnetic field when the beam defocuses due to diffraction divergence in the presence of weak nonlinearity.     

高斯光束经环形光栅的衍射特性分析

基于傅里叶-贝塞尔变换计算高斯光束垂直入射环形光栅时的衍射远场分布,分析了其衍射远场光强分布的一般规律,并与平面波入射时的情况进行了比较.计算结果表明：当光栅半径为1.5倍高斯光束束腰半径时, 随着光栅环数的增加,中央亮斑半值全宽先减小后增大、中央亮斑所包含的功率占总功率的比值减小、中央主极大光强值减小,三者的变化趋势与平面波入射时的趋势一致;中央亮斑半径、次极大光强值变化趋势与平面波入射时的变化趋势不同.当环数小于5时,高斯光束经过环形光栅的衍射场光强变化无规律;当环数大于10后两种情况下衍射场光强变化都不明显;当环数趋于无穷时中央亮斑半径、中央亮斑半值全宽、次极大光强值趋于圆孔衍射(环数等于1)时的值,中央亮斑所包含的功率占总功率的比值约等于圆孔衍射时的1/2,中央主极大光强值约等于圆孔衍射时的1/4.     

Displacement and aberration effects in nonlinear focusing

A model for external self-focusing of a laser beam due to the optical phase shift generated in a thin nonlinear layer has been studied. The cubic nonlinear susceptibility used has both absorptive and refractive components. Intensity profiles of the beam in the region of the focal plane of a linear lens have been constructed for various laser input cross-sections, and yield insight into the nonlinear focusing and defocusing mechanisms. The shape of the wings of the input beam has been found to affect the diffraction pattern significantly.     

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.     

Shocks in nonlocal media

We investigate the formation of collisionless shocks along the spatial profile of a Gaussian laser beam propagating in nonlocal nonlinear media. For defocusing nonlinearity the shock survives the smoothing effect of the nonlocal response, though its dynamics is qualitatively affected by the latter, whereas for focusing nonlinearity it dominates over filamentation. The patterns observed in a thermal defocusing medium are interpreted in the framework of our theory.     

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。