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。     

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.     

钕玻璃介质中强激光束传输特性的初步研究

 由入射强激光束的强度或相位调制引起的小尺度纹波在经过非线性介质后,将产生强烈的自聚焦效应。在非线性相位延迟(B积分)超过一定值后,将严重影响光束的近场强度分布,甚至造成丝状破坏。数值模拟和实验研究了在一定强度调制下的光束经过钕玻璃介质发生自聚焦成丝效应的阈值条件,以及非线性传输的一般规律。可以通过模拟计算,给出高功率激光系统设计中的D-B判据。     

自聚焦激光束光束质量评价的功率谱密度方法

把功率谱密度分析的方法引入到激光束光束质量的评价中，分析了自聚焦激光束的近场分布，研究了强激光非线性自聚焦的一般规律，给出了在一定强度调制下的光束经过钕玻璃介质发生自聚焦成丝效应的B积分阈值条件，实验和理论模拟结果基本一致.     

基于激发态非线性折射效应的全光开关与光限幅

提出一种新型的光控光开关,以532nm脉冲激光入射金属-类卟啉有机材料,强激发态吸收导致瞬态透镜效应,使同时通过介质的632.8nm激光实现光开关,实验演示了开关特性,开启和关闭时间均为100ns.还演示了激发态吸收和非线性折射两种效应共同作用的单光束光限幅.对上述两种基于非线性折射效应的器件特性进行了理论分析.     

划痕型缺陷对光场质量的影响

为了研究高功率激光系统中划痕型缺陷对光场质量的影响,采用分步傅里叶算法对非线性近轴波动方程进行求解,模拟分析了不同划痕参数(长度、宽度、深度)下,元件内部、光束近场、元件后传输光场以及光束远场的光强分布情况。数值模拟结果表明:随着划痕长度、宽度或深度的增加,元件内部以及元件后传输光场的峰值强度和对比度均会相应增强;光束近场的光强对比度也会略微增大;对于光束远场的强度分布,与划痕宽度方向所对应的频谱能量会不断增强。该项研究工作可以为划痕检验标准的制定提供一定的定量分析依据。     

高功率固体激光装置光学元件"缺陷"分布与光束近场质量的定量关系研究

基于光传输理论,获得了弱调制情况下光学元件"缺陷"分布功率谱密度 (power spectral density, PSD)与光束近场强度分布PSD之间的定量关系;通过数值模拟的方法,针对高功率固体激光装置的基本单元(线性介质、非线性介质以及空间滤波器)对获得的理论关系进行了具体的验证和讨论.研究结果表明,弱调制下,只存在振幅型或位相型"缺陷"分布时,光学元件"缺陷"分布PSD与光束近场强度分布PSD通过近场强度分布PSD的系统传输因子联系,传输因子与系统的构型和运行状态有关.研究结果为光学元件"缺陷"分布指标的获得提供了理论基础,对高功率固体激光装置负载能力的提升起到了一定的指导作用. 关键词： 缺陷分布 功率谱密度 光学元件 光束质量     

光谱色散后的相位调制光束衍射特性研究

用数值方法研究了激光驱动器系统中使用光谱色散平滑单元后光束的衍射特性.模拟结果表明，光谱色散会使光束衍射光斑变大，近场空间强度均匀性改善，而远场光斑内部存在光强接近于均匀分布的区域.进一步分析了光谱色散平滑单元中相位调制器的调制深度、调制频率及光栅色散系数等主要元件参数对光束传输特性的影响，发现在一定情况下光斑内部会出现较强的强度调制. 关键词： 光谱色散平滑 光束衍射 近场 远场     

封闭管道中热耦合效应对激光传输的影响

建立了封闭竖直管道热耦合效应物理模型,采用流固耦合方法,数值模拟了封闭管道中介质气体、光学玻璃之间的热相互作用造成流场分布的变化,研究了热耦合作用对近场波前相差和远场光束质量的影响。数值模拟结果表明,光束质量可以由封闭管道内介质气体温度分布来决定,气体在管道内流动改变温度分布,使得相差分布不断变化,造成远场光束质量的振荡起伏;光学镜与介质气体热相互作用对流场分布有较大影响,尤其是竖直管道底部的光学镜对激光束远场光束质量影响明显。热耦合效应放大了光束质量的变化:当介质模型中光束质量变差,热耦合模型中热耦合效应使光束质量变得更差;当介质模型中光束质量变好,耦合模型中的热耦合作用使光束质量变得更好,即光束质量随着流场分布的变化而振荡。     

基于激发态非线性拆射效应的全光开关与光限幅

提出一种新型的光控光开关，以５３２ｎｍ脉冲激光入射金属－类卟啉有机材料，强激发态吸收导致瞬态透镜效应，使同时通过介质的６３２．８ｎｍ激光实现光开关，实验演示了开关特性，开启和关闭时间均为１００ｎｓ，还演示了激发态吸收和非线性折射两种效应共同作用的单光束光限幅，对上述两种基于非线性折射效应的器件特性进行了理论分析。     

Gaussian-beam propagation in generic anisotropic wave-number profiles

The propagation characteristics of a scalar Gaussian beam in a homogeneous anisotropic medium are considered. The medium is described by a generic wave-number profile wherein the field is formulated by a Gaussian plane-wave distribution and the propagation is obtained by saddle-point asymptotics to extract the Gaussian beam phenomenology in the anisotropic environment. The resultant field is parameterized in terms of e.g., the spatial evolution of the Gaussian beam's curvature, beam width, which are mapped to local geometrical properties of the generic wave-number profile.     

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.     

Propagation of optical vortex solitons due to the Gouy phase in strongly nonlocal nonlinear media

In this paper,we present a study on the propagation of the symmetrical optical vortices formed by two collinear Laguerre-Gauss solitons in strongly nonlocal nonlinear media.The optical vortices,which move along the beam axis as the light propagates,result in a rotation of the beam’s transverse profile.This physical reason of the rotation is the Gouy phase acquired by the component beams.     

非线性介质表面缺陷对激光光场的调制

以高斯光束为例,研究了非线性介质表面振幅调制型缺陷对光场的调制。基于广义惠更斯-菲涅尔衍射积分并采用泰勒级数展开方法,建立了高斯光束经过表面存在缺陷的非线性介质后的传输模型,得到了受缺陷调制光束经非线性介质后的光强分布解析式,研究了缺陷尺寸和光束在非线性介质中产生的附加相移大小对光强分布的影响,结果表明介质表面的缺陷尺寸越大,介质内产生的附加相移越大,光场受到的调制越严重。分别考虑了非线性折射率为正值和为负值的情况,研究发现相应的折射率值导致光束发生会聚或发散现象,并由于缺陷调制的作用,在光束传输过程中始终存在一光强极值点,且随着附加相移绝对值的增大光强极值点的峰值也随之增强。     

加速器注入器中电子束束剖面直径变化过程的测量

介绍了变像管扫描相机对直线感应加速器注入器中的电子束束剖面直径的应用。获得了由注入器产生电子束 (电流 2～ 3kA)经 0 5mm厚石英玻璃产生的契伦柯夫辐射的扫描像。对拍摄到的扫描像进行了图像处理和数据分析 ,得到了电子束直径随时间变化的曲线图     

Generation and measurement of relativistic electron bunches characterized by a linearly ramped current profile

We report the first successful attempt to generate ultrashort (1-10 ps) relativistic electron bunches characterized by a ramped longitudinal current profile that rises linearly from head to tail and then falls sharply to zero. Bunches with this type of longitudinal shape may be applied to plasma-based accelerator schemes as an optimized drive beam, and to free-electron lasers as a means of reducing asymmetry in microbunching due to slippage. The scheme used to generate the ramped bunches employs an anisochronous dogleg beam line with nonlinear correction elements to compress a beam having an initial positive time-energy chirp. The beam current profile is measured using a deflecting mode cavity, and a pseudoreconstruction of the beam's longitudinal phase space distribution is obtained by using this diagnostic with a residual horizontal dispersion after the dogleg.     

高斯光束通过非线性介质后的远场衍射图样的研究

 利用菲涅尔－基尔霍夫衍射积分公式，对发散和会聚高斯光束通过薄非线性介质时形成的远场衍射图样进行了研究。模拟计算结果表明：当发散高斯光束通过自散焦介质或会聚高斯光束通过自聚焦介质时，远场均会出现中央较暗、向外围逐渐增强、分布尺度较大的粗衍射环；当发散高斯光束通过自聚焦介质或会聚高斯光束通过自散焦介质时，远场均会出现中心强度最大、向外围逐渐减弱、分布尺度较小的细衍射环。不同远场衍射图样归根结底是入射高斯光束因介质折射率变化造成的空间自相位调制及其波前曲率共同作用的结果。     

Electron beam modeling and analyses of the electric field distribution and space charge effect

In electron beam technology, one of the critical focuses of research and development efforts is on improving the measurement of electron beam parameters. The parameters are closely related to the generation, emission, operation environment, and role of the electron beam and the corresponding medium. In this study, a field calculation method is proposed, and the electric field intensity distribution on the electron beam's cross-section is analyzed. The characteristics of beam diffusion caused by the space charge effect are investigated in simulation, and the obtained data are compared with the experiment. The simulation demonstrated that the cross-sectional electric field distribution is primarily affected by the electron beam current, current density distribution, and electron beam propagation speed.     

Optical phase conjugation by resonant degenerate four-wave mixing in liquid phase medium

In this paper, frequency-doubled Nd:YAG laser's phase conjugation has been investigated experimentally using resonant degenerate four-wave mixing (DFWM). The iodine solution was used as resonant medium. In this way, the energy of the DFWM phase conjugation beam arrived at 43μJ/pulse while the total pump beam's energy reached 8mJ/pulse. The relation between the pulse energy of the DFWM phase conjugation beam and that of the pump beam was investigated. We also measured the optical field distributions of pump beam and DFWM phase conjugation beam, from which it can be noticed that the DFWM phase conjugation can improve the laser beam quality. At the same time, we observed the influence of the pump beam's disturbance on the DFWM signal.