环形光斑激光束在非线性克尔介质中的分束现象

对于非线性克尔介质中的环形斑调制光束,通过数值求解非线性Schrdinger方程,发现当入射光强度超过一定值时,光束在传输过程中发生分束现象.对光分束的阈值、光分束与环半径及半宽度的关系、分束光的特点,以及自聚焦焦点上光强度的横向分布与光分束之间的关系进行了详细的讨论 关键词： 环形光斑 克尔介质 非线性传输 光分束     

环形斑光束在非线性克尔介质中的自聚焦效应

通过数值求解非线性Schrödinger方程,详细讨论了环形斑光束在非线性克尔介质中的传输特性.当入射光超过一定的功率时,光束产生多级自聚焦现象,自聚焦焦点出现在离轴的环上;自聚焦阈值与环形光束的半径有关;传输过程中光斑存在横向分裂现象,并且分裂与聚焦交替进行;当两个半径不同的同轴环状光束同时在非线性介质中传输时产生耦合效应,耦合效应使其自聚焦增强.     

时空非相干光孤子的传播和相干特性

研究了时空非相干椭圆形高斯光束在饱和对数型非线性介质中的自陷行为，得到了孤子的形成条件并分析了其相干特性，讨论了光束自陷的变化形式，发现光束的初态和材料非线性对其有决定性的影响, 并进一步获得了光束半径和光束相干半径的解析表达式，发现光束的相干特性不但会随传播距离产生周期性的变化，且随组份频率的增大而减弱.     

部分相干光光束的振荡自陷特性

用互相干函数法研究了圆形横截面的部分相干光光束在光折变晶体中的自陷行为.光束的初态及材料的非线性决定了光束自陷的变化形式,导出空间周期表达式,获得了光束相干半径的解析表达式,发现部分相干光光束的相干特性会随传播距离发生周期性的演化,并将圆形光束的讨论结果扩展到椭圆形光束中. 关键词： 空间孤子 部分相干光光束 相干半径     

超高斯涡旋光束在空间中的传输特性

研究了超高斯涡旋光束光强最大值、光斑半径以及环围能量半径等参数随传输距离和拓扑荷数的变化规律,并与高斯涡旋光束做了比较,结果表明:超高斯涡旋光束的光斑半径和环围能量半径随拓扑荷数及传输距离呈近似线性关系;对同一拓扑荷数和传输距离,高斯涡旋光束的能量较超高斯涡旋光束要发散;当拓扑荷数较大时,超高斯涡旋光束的光斑半径比高斯涡旋光束更大。针对光束质量研究了广义光束质量因子随传输距离和拓扑荷数的变化,结果表明传输距离足够远时,拓扑荷数较小的超高斯涡旋光束具有更好的光束质量。     

多环涡旋光束的实验研究

涡旋光束的产生、传输与应用是当前光学领域热门的研究课题之一.本文提出的新型多环涡旋光束,包括双环涡旋及三环涡旋光束,它是由多束携带不同拓扑电荷数且束腰半径不同的拉盖尔-高斯涡旋光束共轴叠加而成,其光强分布为多环结构.从理论上研究了多环涡旋光束的形成与分布特征,基于共轭对称延拓Fourier计算全息方法生成了多环涡旋光束的计算全息图,并利用一个空间光调制器实验产生了与理论一致的高质量的多环涡旋光束.研究表明多环涡旋光束的各环携带不同的轨道角动量,空间分布保持相互独立.这种新型的多环涡旋光束相对于携带单一拓扑电荷数的涡旋光束,提供了更多的控制参数和更加多样化的结构分布,因此在光学镊子、光学捕获等微操控以及光通信领域具有潜在的应用潜力.     

涡旋光束与相位全息光栅不对准时的衍射特性研究

研究了涡旋光束与相位全息光栅不对准时衍射光束的解析特性.利用理论推导的方法得出涡旋光束经相位全息光栅接收后一阶衍射光束的解析表达式.然后通过仿真分析分别得出在发生正常对准、横向偏移、角向倾斜及横向偏移和角向倾斜两者同时出现时衍射光束的质心偏移特性和中心强度变化特性.研究表明: 拉盖尔-高斯光束经相位全息光栅衍射后得到的光场表达式为合流超几何函数形式.光束与相位全息光栅间的不对准会引起衍射光束质心的偏移,而且光束质心的偏移量随入射光束偏移距离和偏离角的增加而增加,与入射光束的偏移方向和方位角无关.角向倾斜时 关键词： 拉盖尔-高斯光束 相位全息光栅 横向偏移 角向倾斜     

拉盖尔-高斯光束在界面反射和折射的质心偏移特性研究

在圆柱坐标系中研究了傍轴线偏振拉盖尔-高斯光束在两种各向同性介质界面反射和折射后光强质心的偏移. 基于菲涅耳近似和泰勒级数展开,分别得到了部分反射和全反射两种情形下,质心的横向偏移和纵向偏移与光束拓扑荷的解析关系式. 研究表明,部分反射时,反射和折射光束的横向偏移的大小与光束的拓扑荷成正比,方向由拓扑荷的符号决定;而纵向偏移仅仅大小与光束的拓扑荷有关. 全反射时,反射光束质心偏移不受拓扑荷影响. 通过数值模拟验证了解析结果的正确性,并得到了解析公式的适用条件. 拉盖尔-高斯光束的质心偏移特性可应用于测量光 关键词： 拉盖尔-高斯光束 横向偏移 纵向偏移 拓扑荷     

多光束发射对湍流效应下激光传输的影响

大气湍流引起的光强起伏会导致大气闪烁、光束漂移、到达角起伏和波前畸变等效应.多光束发射技术是克服激光大气传输中光强起伏的有效途径之一.以单光束、双光束、四光束以及八光束发射为例,通过计算峰值光强、环围功率半径以及像散参数等光束质量参数,得到单光束和多光束大气传输的光强起伏特性.结果表明:随着光束数目的增加,峰值光强显著...     

输入面纵向偏移诱导的强非局域非线性光传输特性变化

基于模式分解方法, 分析了输入面纵向偏移诱导的强非局域非线性光传输特性变化的普适性规律. 结果表明光束输入面移动后导致的影响包括: 光斑在每个周期内出现的位置和顺序的变化、 相同形状的光斑在输入面移动前后大小的差异以及波面曲率因子的演化. 这些性质可用一个简单的数学公式进行归纳; 利用这一公式可方便地由输入面移动前的任意光束解得到输入面纵向移动后的光束解. 关键词： 强非局域非线性 光束 输入面     

Cassegrain激光发射系统的光路设计

为了提高激光探测系统激光的发射功率，在出射激光为基模的高斯光束的光路设计中，根据高斯光束经过光学系统的变换与传输特性，分析了系统采用Cassegrain望远镜时，其遮拦比以及入射光束束腰半径对光功率透过率的影响。通过具体的数值计算得出，随着遮拦比及入射光束束腰半径的增大，系统光功率透过率将减小，给出了望远镜遮拦比与发射孔径处光斑尺寸之间的最佳匹配关系，最后讨论了离焦误差（安装误差）为0.2mm时对出射光斑尺寸的影响。     

随机并行梯度下降算法在激光束整形中的应用

为了满足高光束质量要求,校正激光束在传输过程中产生的波前畸变,改善激光位相分布,进而提高聚焦光斑的能量集中度,基于79单元微机械薄膜变形镜（MMDM）搭建了一套激光束整形实验系统。利用随机并行梯度下降（SPGD）算法,分别选择聚焦光斑半径、形心为中心的环围能量比和质心为中心的环围能量比作为算法性能指标,开展了激光束整形实验研究。3种情况下,分别经过58次、197次、133次迭代趋于收敛,但光斑半径作为性能指标时振荡严重;环围能量比从整形前的0.200 5、0.127 7、0.200 5分别增加到整形后的0.669 9、0.733 9、0.864 0。实验结果表明：MMDM用于激光束整形具有良好的效果,光斑半径作为性能指标整形速度最快,其次为质心环围能量比,形心环围能量比最慢;质心环围能量比作为性能指标整形效果最好,其次为形心环围能量比,光斑半径最差。综合比较,质心环围能量比作为性能指标时综合效果最好。     

内表面掺硅聚苯乙烯空心微球初步研究

靶丸内表面掺杂诊断元素可以为内爆压缩界面的研究提供必要的手段。以二甲基二乙氧基硅烷为原料，利用乳液微封装技术和界面聚合技术可以实现单一内表面掺硅的空心聚苯乙烯微球的制备。X光照相和X能谱分析表明:内表面掺硅量比外表面高出2~3个数量级。均匀内表面掺硅层的厚度小于0.3μm，掺杂层厚度越小，均匀性越好。     

同步三通道激光告警光学系统有效孔径的确定及截获能量的估算

为了确定一种同步三通道激光告警光学系统的有效孔径并估算截获能量,建立了激光辐照远场传输模型,仿真研究了远场光斑半径、单通道入瞳半径和通道间相对能量差之间的数值关系.仿真结果表明:各通道之间最大相对能量差与远场光斑中心能量密度的大小无关,在激光远场光斑边沿处各通道之间的相对能量差最大;最大相对能量差限定时,远场光斑半径越大,允许的单通道入瞳半径也越大,但相应系统截获的脉冲能量或脉冲功率却相对减小;最大能量差限定为1%,远场光斑半径分别为2.5 m,4.0 m和7.5 m时,允许的最大单通道入瞳半径分别为3 mm, 5 mm和10 mm,相应系统截获的最大脉冲能量为1.14×10-5 J,7.54×10-6 J和2.68×10-6 J,最大脉冲功率为1.63 W, 1.08 W和0.38 W.     

Laser array beam propagation through liver tissue

Laser array beam propagating through mouse liver tissue is investigated. The turbulence power spectrum of the liver tissue is employed in the extended Huygens–Fresnel method to obtain an optical intensity profile and beam broadening at the observation point in biological liver tissue. Variations of the beam profile and the beam broadening are simulated based on the number of beamlets, source size, wavelength and the ring radius of the array. A biological tissue, illuminated by the laser array beam, exhibits different beam profiles and beam spot radius variations when the number of beamlets, source size, wavelength and the ring radius of the laser array beam are varied. Examining these variations observed in the propagated optical beam and comparing them with the test cases, abnormalities such as cancer and tumor in a biological liver tissue can be diagnosed.     

On the focusing limit of high-power femtosecond laser pulse propagation in air

Focused propagation of high-power femtosecond laser radiation in air is considered. Based on numerical solution of the nonlinear Schr?dinger equation for complex envelope of light wave electric field, evolution of the beam effective radius is studied. The dependence of the effective (rms) size of a focal spot and the maximally achievable intensity of laser radiation at focal waist on the initial pulse power is established. It is shown that focal spot of tightly focused intensive ultrashort laser radiation can change its size during the pulse passage through the beam waist. This is the consequence of pulse intensity clamping in region of beam focusing caused by gas photoionization and plasma producing. This may prevent laser intensity from its further growth in the focal region and arrest the transversal compression of the beam in the linear focus as a whole.     

大数值孔径光子筛偏振特性研究

根据角谱理论建立不同偏振照明条件下的光子筛矢量衍射模型。在此基础上,对入射光分别为线偏振光、径向偏振光、切向偏振光三种特殊偏振状态下的光子筛聚焦光强分布进行了模拟分析。研究结果表明,对于大数值孔径光子筛,入射光的偏振特性将对光子筛聚焦光强分布产生巨大影响。线偏振光将使聚焦光斑沿偏振方向拉伸,切向偏振光产生的聚焦光斑具有"中空"结构,而径向偏振光所产生的聚焦光斑呈较为规则的圆形,且其焦深优于线偏照明情况。在激光直写及高分辨成像等光子筛典型应用中采用径向偏振照明将进一步提高系统分辨力。     

激光二极管端面泵浦Yb:YAG圆棒热效应研究

基于激光二极管端面泵浦Yb∶YAG棒工作特点的分析,提出了端面绝热、周边恒温的激光晶体热分析模型,采用了一种新的热传导方程求解方法,得到了超高斯光束端面泵浦Yb∶YAG棒温度场的一般解析表达式。同时分析了不同阶次、不同光斑半径、不同功率超高斯光束以及晶体参数改变时对于Yb∶YAG棒温度场分布的影响。研究结果表明,若准直聚焦到Yb∶YAG棒泵浦面42.5W的光束具有4阶超高斯强度分布时,掺Yb3+质量分数为10.0at.%、长度为2.5mm、半径为2mm的Yb∶YAG棒的泵浦面获得74.20℃的最高温升。新的热传导方程求解方法在研究激光棒温度场分布方面具有计算量小、精度高等特点。研究结果对减小激光晶体的热效应,提高全固态Yb∶YAG激光器性能提供了理论依据。     

强流相对论多注电子束研究进展

研制了基于爆炸发射的扇形和圆柱形多注阴极系统，并开展了强流相对论多注电子束的实验研究。研究发现:扇形多注阴极由于发射端面电场分布严重不均，电子束主要由尖端发射，束斑畸变明显，当每注扇形电子束进入到多注扇形漂移管内时，在空间电磁场的作用下电子束会绕束心旋转，导致束斑的畸变和束流的损失；圆柱形多注阴极发射端电场分布相对均匀，电子束斑畸变较小，每注电子束在多注漂移管内绕束心的旋转不会引起束斑的畸变和束流的损失；由于阴极杆和多注阴极柱的发射，多注电子束品质较差，进入多注漂移管时存在电子束轰击管壁现象，造成束流的损失甚至截止。采用大内径磁场可增大阳极筒内半径，明显提高束流的传输效率。目前，采用功率约6.5 GW、传输效率约89%的相对论多注电子束驱动的多注速调管，可实现GW量级的微波输出。