Virtual Source of a Swallowtail Beam

By applying a virtual source method, the exact and the paraxial solutions of the Swallowtail beams (SBs) that are governed by the inhomogeneous Helmholtz equation are introduced. The paraxial SBs generated experimentally possess both self-accelerating and self-focusing features. The parameters controlling the field distributions are discussed in theory. From the spectral representation of the Swallowtail wave, in the appropriate limit, the first four terms of the nonparaxial correction series for the (1+2)-dimensional Swallowtail waves that simplify to the SBs are obtained.     

Compton散射对短脉冲强激光在次临界等离子体中自聚焦的影响

应用相对论理论和多光子非线性Compton散射模型,研究了Compton散射对短脉冲强激光在次临界等离子体中自聚焦的影响,提出了将入射光和Compton散射光作为形成激光自聚焦的新机制,给出了三级电流密度满足的修正方程,并进行了数值模拟。结果表明,相对论效应使等离子体中的短脉冲强激光自聚焦趋势减缓,而散射则加速了自聚焦的发展,总自聚焦趋势比无相对论时来得快一些,主要原因是由于散射光和入射光形成的耦合光频率较入射光频率增大,散射效应补偿了因相对论效应引起的自聚焦减缓效应的缘故。     

非线性介质中强光对弱光聚焦的控制研究

从理论和实验上分析了强光控制弱光脉冲聚焦的方法, 该方法可以灵活地控制弱光的聚焦过程和特性. 通过研究两光束共同传输, 利用强抽运光在相互作用时为弱探测光提供诱导非线性效应, 从而使弱探测光发生聚焦. 得到了在抽运光保持不变情况下探测光的解析解, 并在实验上得到验证. 进一步研究了强抽运光对弱探测光焦点位置的影响. 结果显示: 通过改变抽运光功率、束宽能够有效地控制弱探测光的聚焦过程和焦点位置. 关键词： 诱导聚焦 自聚焦 非线性折射率     

超高光束质量研究

提出了边界波具有π跃变性质的假说，作为惠更斯—菲涅耳原理的补充。根据该假说，在腔外和腔内实现了一系列新光束。重要的是，实现了等效光束质量因子小于１的新光束ＣＯ２激光器。这可看作是可控非线性自聚焦的结果。     

高斯光束在克尔型非线性介质中的演化特性

由光束在克尔型吸收介质中传输的非线性薛定谔方程,推导了高斯光束注入介质后满足的耦合方程,并分别在不考虑吸收和高阶展开项的情况下,对脉冲的腰斑半径的演化进行了理论分析。发现当注入脉冲满足一定的条件时,脉冲可以以“孤波”的形式传播。当考虑吸收和高阶展开项时,脉冲不存在“孤波”形式,且存在一个阈值,低于阈值的输入,脉冲发生自聚焦;对高于阈值的输入,腰斑半径随着距离的增加而增加,聚焦趋势根本就不存在。     

超短强激光脉冲在等离子体隧道中传输的理论与数值模拟研究

研究了超短强激光脉冲在非扰动抛物型部分电离的预等离子体隧道中的传输特性.从Maxwell方程出发得到了两个包含衍射、三阶强度非线性、等离子体散焦、等离子体隧道聚焦以及相对论自聚焦等效应在内的激光场演化方程，即折射率方程和哈密顿-雅可比方程.在此基础 上得到了激光在等离子体隧道中传输的包络方程以及光斑半径与传输距离、隧道宽度等初始 参量的关系. 关键词： 等离子体隧道聚焦 相对论自聚焦 势阱     

利用BSO晶体的电控自聚焦效应实现的一种新型电光调制

BSO(硅酸铋)晶体除了具有热自聚焦效应外¹,还具有电控自聚焦效应²,基于电控自聚焦效应,又进一步对高斯光束经BSO晶体自聚焦后的远场光斑中心处的光强与加在晶体通光方向上的电压和入射光功率的关系进行了理论和实验研究,提出一种新的电光调制方法。理论与实验相符,进一步验证了文献1、2的结论.     

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.     

增益(损耗)介质中高功率激光束的小尺度自聚焦理论研究

将Bespalov-Talanov理论推广到介质有增益(损耗)的情形,揭示了在介质有增益或损耗从而 光强随传输距离变化的情况下小尺度自聚焦的特性.主要是在一定的输入功率下,小尺度调 制增长的临界频率、最快增长频率及其对应的最大增益(B积分)均随介质增益或传输距离的 增大而增大;对于确定的输出功率,随介质增益的提高,B积分值变小,同时最快增长频率 向低频方向移动.利用局部能量守恒定律唯象地研究了增益和损耗对激光束成丝的影响,发 现增益使成丝距离延长而损耗使成丝距离缩短.讨论了介质增益和损耗对高功率激光放大器 设计的影响.尽量使激光器在小输入高增益状态下运行,可以从某种程度上抑制因小尺度自 聚焦而导致的介质破坏效应. 关键词： 自聚焦 成丝 强激光传输     

Lie-optics, geometrical phase and nonlinear dynamics of self-focusing and soliton evolution in a plasma

It is useful to state propagation laws for a self-focusing laser beam or a soliton in group-theoretical form to be called Lie-optical form for being able to predict self-focusing dynamics conveniently and amongst other things, the geometrical phase. It is shown that the propagation of the gaussian laser beam is governed by a rotation group in a non-absorbing medium and by the Lorentz group in an absorbing medium if the additional symmetry of paraxial propagation is imposed on the laser beam. This latter symmetry, however, needs care in its implementation because the electromagnetic wave of the laser sees a different refractive index profile than the laboratory observer in this approximation. It is explained how to estimate this non-Taylor paraxial power series approximation. The group theoretical laws so-stated are used to predict the geometrical or Berry phase of the laser beam by a technique developed by one of us elsewhere. The group-theoretical Lie-optic (or ABCD) laws are also useful in predicting the laser behavior in a more complex optical arrangement like in a laser cavity etc. The nonlinear dynamical consequences of these laws for long distance (or time) predictions are also dealt with. Ergodic dynamics of an ensemble of laser beams on the torus during absorptionless self-focusing is discussed in this context. From the point of view of new physics concepts, we introduce a stroboscopic invariant torus and a stroboscopic generating function in classical mechanics that is useful for long-distance predictions of absorptionless self-focusing.