数值法研究光的圆孔衍射实验现象

在平行平面波近似的情况下,数值法求解菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式,得到平行平面光波通过圆孔衍射后的光强分布图.通过对纵向及横向光强分布图的数值分析,验证了轴上点光强由菲涅耳数决定,菲涅耳数大于1时为菲涅耳衍射区,菲涅耳数小于1时为夫琅禾费衍射区.在近场,光强分布为明暗相间的环形条纹;在远场,光束演化成束腰位置在圆孔处的高斯光束,仿真结果与理论和实验结果基本一致.本仿真结果将光衍射的抽象理论直观化、可视化.     

波纹圆孔光栏的衍射及其设计

详细研究了波纹光珠菲涅耳衍射特征，提出并论证了调幅正弦波纹光栏级在较大的菲涅耳数范围内有效地抑制光束中央部分的衍射调制，并给出这类波纹光栏用于高功率光系统的设计程序。     

环状光束通过透镜的聚焦特性研究

给出了环状光束在柱坐标系下的一种描述模型,并利用广义衍射积分理论,推导出环状光束经过近轴ABCD光学系统的传输公式.在此基础上,通过数值模拟方法定量分析了环状光束的聚焦光强分布以及焦面处的桶中功率.研究结果表明,环状光束的聚焦特性与光束阶数以及系统菲涅耳数有关;环状光束在实际焦面和几何焦面上的桶中功率均随着遮拦比的增大而降低,而随着系统菲涅耳数的增大而增大.在实际工作中,通过合理地选取系统菲涅耳数和光束遮拦比可以有效地控制环状光束聚焦后的光束质量.     

轴棱锥产生无衍射光束自再现特性的几何光学分析

由几何光学方法分析轴棱锥产生无衍射光束自再现特性,很好地解释了无衍射光束自再现的形成原理.在菲涅耳近似条件下,利用菲涅耳衍射理论可以对光传输进行很好地描述;而光束经过障碍物后的很小距离内,菲涅耳衍射近似条件已不满足,衍射理论不再适合描述光束的传输特性,这时可以利用几何光学分析光束传输特性.首先从几何光学角度对轴棱锥产生无衍射光束的自再现特性进行了详细的描述,并对光束传输进行仿真,最后通过实验验证轴棱锥产生无衍射光束的自再现特性,实验结果与理论分析相符合. 关键词： 无衍射光束 几何光学 轴棱锥 自再现     

自适应光学系统内光路的像差校正研究

自适应光学系统内光路像差的校正对获得好的光束质量至关重要.实际中采用的校正方案是常规共轭式自适应光学.然而系统菲涅耳数较小时,激光在传输过程中的衍射效应严重影响着系统内光路像差的校正效果.基于随机并行梯度下降算法模拟了不同程度衍射效应(以菲涅耳数表征)下的校正效果,模拟结果表明,像差校正效果随着菲涅耳数的变小而变差.同...     

会聚高斯光束焦点附近的三维光分布状态

根据惠更斯 菲涅耳原理 ,推导出了会聚高斯光束经圆形孔径衍射后焦点附近的三维光分布状态级数表达式 ,并与经典的均匀光波理论进行了比较。讨论了会聚高斯光束焦移与光学系统及高斯光束参数的关系。给出了会聚高斯光束焦点附近的等照度线图。结果表明 ,对于大菲涅耳数系统来说 ,其光强分布具有对称性     

高功率激光装置的线性传输特性

在菲涅耳数的基础上重新定义了衍射特征量,并将其定义扩展至聚焦或发散光路,定义了一个光学系统中各光学元件衍射特征量的符号。通过全新的定义和扩展,研究了波前畸变对近场调制度的影响以及正弦调频光谱色散平滑光束衍射传输引入的幅频调制的大小。以神光-Ⅲ主机主放大级为例,研究了元件波前畸变对近场调制度的影响以及正弦调频光谱色散平滑光束衍射传输引入的幅频调制的大小。衍射特征量与能流分布F相结合,可以作为评价高功率激光装置线性传输效应的一项受限指标,指导高功率激光装置的设计。     

用光线矩阵元表达的菲涅耳数

导出了复杂光学系统中任一观察面对入射面光阑的菲涅耳数表达式N=(a(?)-(?))[(A/B) (l/R)].它是用光学系统的光线矩阵元表示的,具有较大的普遍性.引入了有效传输距离的概念:L_(eff)=B/A,它反映了光学系统对衍射场的影响.对一些常见的典型光学系统给出了菲涅耳数的具体表达式.对高功率激光系统中真空空间滤波器的像传递作用给出了理论证明,并导出完善像传递的必要条件.最后,把菲涅耳数推广到复数域,并用于研究截断高斯光束的衍射问题.     

环状光束通过像散透镜的变换特性

 基于Tovar提出的平顶多高斯光束模型,给出了环状光束模型。利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分理论,对环状光束通过像散透镜后的传输和聚焦特性进行计算和分析,并讨论了透镜像散对环状光束经透镜变换后对光束质量的影响。研究结果表明:环状光束通过像散透镜后变为非旋转对称光束;聚焦光强随着透镜像散系数的增大而逐渐减弱,聚焦光斑的方位仅由像散系数确定;在光束阶数和入射光波波长一定的情况下,环状光束通过像散透镜的变换特性和光束质量不仅与透镜像散系数有关,还与系统菲涅耳数有关,像散系数增大或菲涅耳数减小时,光束质量变差。     

大气湍流对多抖动法相干合成技术中相位调制信号的影响

分析了大气湍流对采用多抖动法实现的相干合成阵列光束中相位调制信号的影响. 文章首先根据广义惠更斯-菲涅耳原理,采用折射率结构函数对大气湍流进行描述,推导了多抖动法相干合成中阵列光束通过大气湍流后相位调制信号的一般表达式. 在此基础上进行数值模拟,分析了传输距离、湍流强度、光束阵列占空比和光斑尺寸等因素对相位调制信号的影响. 研究发现随着传输距离的增大,相位调制信号强度会先增大后减小,存在一个极大值点;随着湍流强度的增强,相位调制信号强度极大值点的出现距离不断缩短;当光束阵列占空比一定时,随着光斑尺寸的增大 关键词： 大气湍流 相干合成 多抖动法 相位调制     

Fresnel数对光束填充因子的影响

本文利用快速汉克尔变换算法研究了高功率激光束在自空间传输过程中形成低频调制对光束质量的影响,指出了衍射调制深度跟光束宽度及传输距离等参数之间的变化关系.这种关系给出了如何选择传输参数以减少不利的低频调制的参考方法.     

Fields of apertured polychromatic laser beams with Gaussian and Hermite–Gaussian transverse modes

Starting from the Huygens–Fresnel diffraction integral, the field expressions of apertured polychromatic laser beams with Gaussian and Hermite–Gaussian transverse modes are derived. Influence of the bandwidth on the intensity distributions of the laser beams is analyzed. It is found that when the bandwidth increases, the amplitudes and numbers of the intensity spikes decrease and beam uniformity is improved in the near field and the width of transverse intensity distribution of the apertured beams decreases in the far field. Thus, the smoothing and narrowing effects can be achieved by increasing the bandwidth. Also, these effects are found in the laser beams with Hermite–Gaussian transverse modes as the bandwidth increases.     

高功率激光系统nm宽带激光脉冲传输特性

对高功率激光系统采用宽带激光消除菲涅耳衍射问题进行了研究,指出只有数百nm的宽带啁啾光脉冲才对近场衍射有一定的平滑作用,数nm的宽带啁啾光脉冲对近场衍射几乎没有平滑作用;同时,还对宽带啁啾光的B积分表征方式和最快增长频率问题进行了研究,并与原型装置上开展的窄带脉冲、宽带啁啾堆积脉冲的非线性实验结果进行了对比研究,指出以最大B积分或加权B积分反映非线性自聚焦更为准确。研究还表明,在数nm,ns情况下最快增长频率与窄带激光脉冲的差别不大。     

Smoothing the side lobes of a focused pattern by spectral dispersion in the broadband laser

Starting from the Huygens–Fresnel diffraction integral, the propagation equations of a broadband laser passing through a dispersive lens and a dispersive wedge are derived. Smoothing effect on the side lobes of the focused pattern is achieved as the broadband laser passes through the lens because of the spectral dispersion of the lens. By inserting a dispersive wedge behind the lens, better smoothing effect is realized because a relative position shift between focused patterns of different frequency components is generated due to the spectral dispersion of the wedge. Smoothing effect on the side lobe is obtained even with small bandwidth of the broadband laser as the wedge is used.     

1.06kW 13GHz线宽全光纤激光器

分析了高功率光纤激光器中受激布里渊散射(SBS)效应的抑制方法。研究表明,利用宽带噪声源高速相位调制展宽光谱的方法对于抑制SBS十分有效,可实现kW级用于光谱组束的数10GHz高功率光纤激光子束。通过理论计算线宽与SBS阈值的关系,并分析噪声相位调制各参数对SBS阈值提升的影响,优化了光纤激光器设计参数。通过宽带噪声高速相位调制的方法,展宽单频种子源线宽至13GHz,通过两级预放大至10 W后,使用20/400μm掺Yb光纤最终实现了中心波长1064nm、线宽13GHz、最高功率1.06kW的激光输出,光束质量M21.2,光-光转换效率86%,实验过程未观测到模式不稳定性现象。进一步扩宽噪声源频带,加大调制深度,有望实现更高功率的窄线宽光纤激光输出。     

Narrowing effect of focused polychromatic laser with small Fresnel number

Starting from Huygens-Fresnel diffraction integral, the field representation of focused polychromatic laser beams is derived. Intensity distributions of the focused polychromatic laser are investigated with different Fresnel number and bandwidth at focal plane. It is found that the width of transverse intensity distribution of the focused polychromatic laser decreases with increasing the bandwidth at the focal plane and zero local time, and the transverse intensity presents more obvious narrowing effects with smaller Fresnel number. A physical explanation for the narrowing effects is given based on a simplified expression.     

Optical testing of ultrasonic phase gratings using a Fresnel diffraction method

A simple optical method is proposed for studying the Raman-Nath parameter of plane, sinusoidal, ultrasonic beams. The Fresnel diffraction field of a continuous ultrasonic grating illuminated by a collimated laser beam is measured by a photodetector placed mid-way between the self-image planes of the grating. Measurement of the amplitude of the fundamental of the output signal enables the absolute determination of the depth of phase modulation. A comparison of the proposed method with the techniques discussed in the literature is presented.     

带宽对强光束非线性成像的抑制效应

 宽频带激光驱动器中光束的传输与常规的窄带系统有很大区别。数值分析了宽带激光的成像这一非线性传输现象，并与窄带激光的成像特性进行了比较，发现宽带激光的热像位置和窄带激光基本相同，但宽带激光的热像强度比窄带激光低很多，说明宽带激光能很好地抑制非线性成像的形成。此外，通过改变脉冲啁啾和脉冲宽度两种方式分别揭示了带宽对非线性成像和光束匀滑的影响，发现不同带宽情形下热像的位置基本相同，均处于共轭位置处；热像的光强和热像处光束的调制对比度随着啁啾值的增大而降低，随脉冲宽度的增大而增大。由于受到群速度色散效应的作用，带宽能够阻碍热像的形成，并提高光束的匀滑度。     

Phase modulation of intense ultrashort laser pulses reflected from steep, dense plasmas

The phase modulation of intense ( I = 10(18) W/cm(2)) ultrashort laser pulses ( tau(p) = 70 fs) after reflection from steep, dense plasmas has been temporally resolved for the first time in particle-in-cell simulations. The position of the turning point from where the pulse reflects has been compared to the phase modulation, over a range of angles of incidence. At normal incidence or s polarization the phase modulation almost exactly represents the movement of the turning point due to the light pressure. As the angle of incidence is increased for p polarization, the simple Fresnel relationship between phase modulation and displacement of the reflection position, Delta phi(t) = -2k(0)Delta x(t)cos theta(0), increasingly breaks down.     

用于光束匀滑的连续相位板近场均匀性

 为降低高功率激光系统中连续相位板(CPP)后续元件的强激光损伤风险,综合考虑入射光强调制、干涉及衍射作用等多种影响因素,建立了CPP近场计算分析模型,模拟和分析了这些因素对CPP后的近场均匀性的影响。理论分析结果表明：CPP后的光束近场均匀性主要受入射光调制、CPP表面剩余反射率和衍射传输距离的影响;当入射光束质量较差时,CPP后的近场均匀性主要由入射光束质量决定,CPP剩余反射率和衍射传输距离对近场均匀性影响相对较小;但当光束质量比较理想时,干涉和衍射作用会破坏CPP的近场均匀性,衍射传输距离影响尤为突出。