平顶光束经表面有缺陷的厚非线性介质后的光强分布

基于非线性薛定谔方程和分步傅里叶算法, 研究了高功率平顶高斯光束经过厚非线性介质后在自由空间传输的光强演变过程, 详细分析了介质表面缺陷对光强演化规律的影响.研究结果表明, 平顶阶数越大, 光束的自聚焦效果越差, 最大光强点越靠近介质后表面.入射光束的初始场强越强, 介质的厚度和非线性系数越大, 光束的自聚焦越强, 且极值点越靠近介质后表面.介质表面的缺陷使得光束在靠近介质后表面有较大的光强. 并且相位调制型缺陷比振幅调制型缺陷对光强的影响更大. 关键词： 平顶光束 自聚焦 缺陷 光强分布     

部分相干平顶光束在梯度折射率介质中的传输特性

利用广义惠更斯-菲涅尔衍射积分方法,推导出部分相干平顶光束在梯度折射率介质中传输的交叉谱密度函数解析表达式,对部分相干平顶光束在梯度折射率介质中的传输特性进行了分析,并进一步讨论了介质梯度折射率系数、光束阶数以及光束相干性对传输特性的影响.结果表明,部分相干平顶光束在梯度折射率介质中传输时的轴上光强分布呈现周期性变化了,且周期由梯度折射率系数决定,而与光束相干性无关.光束阶数越高、相干性越好、介质梯度折射率系数越大,则在介质中的轴上峰值光强越大.并且,在光强峰值位置附近的光强分布随传输距离的变化非常剧烈.     

高斯光束经表面有缺陷的厚非线性介质的传输特性

光学元件上存在的缺陷会对传输光束产生局域振幅和位相调制. 基于衍射理论模型和分步傅里叶算法,模拟分析了高斯光束经过表面有缺陷的非线性介质的传输过程中于介质内及从介质出射后在自由空气的传输特性, 并详细研究了在厚介质前表面有缺陷的情况下,介质中和自由空气中的光强分布演化规律. 研究表明,介质厚度越长、介质的非线性折射率越大,光束整体聚焦越厉害, 聚焦点离介质后表面越近.光束受调制点的位置离中心越近,光束分裂成丝产生的局部光强越大, 且介质表面存在缺陷将使通过的光束在介质后表面处产生一个很大的光强, 相位调制型缺陷产生的这一光强点比振幅调制型缺陷产生的光强点更强.     

散射介质中层间杂质检测效率的影响因素及分析

散射介质中层间杂质检测是一个非常重要的研究课题.改进现有的Monte Carlo方法,模拟大量光子在散射介质中的传输,得到入射光强、杂质埋藏深度、介质折射率、介质散射系数和各向异性因子对光学透反射成像法检测层间杂质效率的影响规律.结果表明,入射光强、杂质埋藏深度和介质折射率对透反射成像检测结果均有影响,且影响规律相似.增加入射光强、减小杂质埋藏深度或减小介质折射率均可提高反射光成像的检测效率;增大入射光强、减小介质折射率、减小介质散射系数或增大各向异性因子均可提高透射光成像的检测效率.这些规律对散射介质中层间杂质检测具有一定指导意义.     

各向异性介质浮雕光栅体内光波场的传输

分析了各向异性介质光栅体内光波场的空间分布,并将RTRA递推算法推向了各向异性介质内光波场的传输.数值计算表明,光波场光强的空间分布随透射深度的变化而变化,各向异性介质光栅体内光波场的空间分布相对各向同性介质要均匀,光栅材料的性质参数和光束的入射参数对光波场光强的空间分布有较大的影响等.     

非线性一维光子晶体反射谱的多值特征研究

以含有一层kerr非线性介质的一维光子晶体为对象,基于子层逆向递推算法,给出了非线性反射谱一种简单有效的数值计算方法.基于此方法得到了该结构在1 535~1 565nm范围内的非线性反射谱.当输入光强高于阈值时,缺陷模缓慢移动并出现弯曲倾斜的多值特征.分析了上跳波长、下跳波长随输入光强的变化趋势.研究了线性周期介质和非线性介质结构参数对反射谱的影响.研究表明:增加周期介质的周期、高低折射率比和非线性层厚度都能使缺陷模变窄,输入光强阈值和上跳波长、下跳波长的阈值波长降低;而非线性介质的三阶非线性系数增大时,输入光强阈值降低,但缺陷模宽度、上跳波长和下跳波长的阈值波长没有明显改变.这种多值特征对于设计光学开关、光学滤波器等有着重要的指导作用.     

宽频带光束非线性热像效应的实验研究

实验研究宽频带脉冲光束通过非线性介质时的非线性热像的形成过程,揭示了光束入射功率和脉冲宽度、介质厚度等因素对热像光强和位置的影响. 结果表明,与单纵模激光束一样,在宽频带脉冲光束情形下,非线性介质上游元件的模糊斑调制也可导致在下游共轭位置形成热像. 热像光强随入射光束功率的增加而增加;若脉冲能量一定,则热像光强随脉冲宽度的增加而减弱;若脉冲峰值功率一定,则热像光强随脉冲宽度的增加而增强. 关键词： 高功率激光 热像 宽带光束 小尺度自聚焦     

强光光学效应(Ⅱ)

四、强光自聚焦、自调制与自加宽效应 在普通弱光辐射通过一般透明光学介质时,由于线性电极化效应,折射率与入射光强无关,因此光束的传播特性不受光强变化的影响,而只由介质的光程分布所决定.在强激光入射作用下,由于三次非线性电极化效应的结果,使得光学介质的折射率发生了与入射光束光强分布有关的附加变化,从而导致光束传输特性的相应变化.由三次非线性电极化强度一般表示式出发,很容易导出介质在光波场强值E的强光入射作用下所引起的折射率变化为式中n2表示与入射光强(它正比于E2)成正比的折射率变化的系数,亦称为非线性折射系数.由上…     

菲涅耳波带板无运动卷积全息术

提出了菲涅耳波带板(FZP)无运动卷积全息术.该技术使用均匀扩展光源,使得从光源不同位置发出的光在经过FZP编码孔径之后,在物体上形成多个菲涅耳波带板投影叠加.物体的全息图是FZP投影光强分布函数与物体的光强分布函数的卷积,无需机械运动便得到物体的扫描全息图.采用数字相关解码方法实现全息图的再现.用蒙特卡罗方法模拟了菲涅耳波带板入射光束在经过散射介质以后,其出射光强分布随散射介质厚度的变化规律.结果表明:当散射介质厚度为5 cm时,出射光束依然基本保持菲涅耳波带板形式的光强分布.对嵌埋在浓度为1%的Intralipid散射溶液中直径为0.4mm的金属丝进行成像实验,分别得到当散射介质厚度为1cm、3cm和5cm时的再现像,实验验证了菲涅耳波带板无运动卷积全息术用于高散射介质中物体成像的可行性.     

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.     

介质不均匀性对激光模式相位与光强分布的影响

将不均匀介质势函数进行泰勒展开,取其前3项近似,与描述光腔模式的亥姆霍兹方程中的特殊函数结合,根据光腔边界条件推导出光腔模式的本征解、激光输出功率以及不均匀介质与激光模式的相位与强度分布关系表达式。将表达式应用于氧碘化学激光器的功率与输出耦合率的非线性拟合以及近场光强分布的分析,预测趋势与文献结果相符。     

被动锁模激光器运转的先决条件

定量地导出了被动锁模激光器动转的先决条件，它们是泵浦速率的上退和激光介质饱和强度的下限。     

Angular structure of laser radiation in a Markov binary mixture

Laser-radiation transfer in a Markov binary mixture is compared to transfer in an equivalent homogeneous medium. Within the framework of a small-angle approximation a system of equations that describe the angular moments of the second order (angular dispersion) for a laser beam and the equation for laser-beam intensity is obtained. The results of the calculations show a significant effect of the stochastic nature of the medium on the intensity and the angular structure of the laser beam. Deceased Institute of Applied Optics, National Academy of Sciences of Belarus, 11, Belynitskii-Birulya St., Mogilev, 272793. Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 66, No. 1, pp. 36–42, January–February, 1999.     

半导体泵浦铷蒸气激光器阈值特性

以速率方程为基础建立理论模型,采用迭代计算方法,对单程端面泵浦铷蒸气激光器的阈值特性进行了详细研究。研究表明,铷室温度和长度对阈值泵浦功率密度的影响具有等价性,存在使阈值功率密度达到最小的最佳铷室长度与温度组合。泵浦光线宽对阈值功率密度的影响基本呈线性;泵浦光线宽越宽,泵浦光中心波长与铷原子吸收波长的偏移量对阈值功率密度的影响越小;存在最佳的铷原子吸收线宽,使阈值功率密度达到最小;为减小阈值功率密度,铷室窗口片应尽量考虑镀膜,谐振腔输出耦合率不宜大于80%。     

准分子宽带泵浦碱金属激光器泵浦特性分析

建立了以Rb-Ar混合气体为增益介质的四能级准分子宽带泵浦碱金属激光器(XPAL)含时速率方程模型,计算得到了运转过程各能级粒子数和腔内激光强度随时间的变化曲线。结果表明:XPAL的阈值泵浦强度很高,泵浦源谱宽与吸收线宽匹配不能达到提高吸收效率、降低阈值的目的; 在泵浦功率一定的条件下, 增加介质长度和温度可以提高吸收效率,但将降低单位体积泵浦速率; XPAL成功的关键在于实现有效的泵浦吸收。     

Dependences of small-signal gain and saturation-energy intensity on laser active length, buffer-gas type, and pressure variations in gold-vapor lasers

We measure the small-signal gain coefficient g ₀ and the saturation-energy intensity E _s of a gold-vapor laser by implementing an oscillator-amplifier on the base of the gold-vapor laser. The dependence of the gain and saturation properties of the laser on the length of the laser active medium, the buffer-gas pressure, and the buffer-gas type are studied. The measurements of g ₀ for the amplifier for different lengths of the laser active medium (60 and 75 cm) show that with increase in the active-medium length, g ₀ increases while E _s, vice versa, decreases. Such behavior of g ₀ and E _s is observed in the whole range of changing the total pressure of buffer gas in the He-Ne mixture.     

光纤激光经过模清洁器后的强度噪声分析

对1560 nm单频光纤激光光源通过一个光学模清洁器后的强度噪声进行了分析研究.实验观察到模清洁器虽然对于激光的高频强度噪声有明显的抑制作用,但强度噪声特性随频率呈一定周期变化,且在低频处模清洁器对强度噪声有放大作用.本文认为这是由于模清洁器具有类似于光纤延迟线的时延效应,将激光源的部分相位噪声转化为强度噪声.通过理论分析,由相位噪声转化的相对强度噪声幅度与激光相干时间、模清洁器的平均延时参数以及分析频率相关.分析结果与实验测量结果符合良好.此外,通过在光路中加入声光调制器进行反馈调制,激光的线宽从26 kHz压窄至16 kHz,模清洁器的锁定质量明显提高,经过模清洁器后的激光强度噪声有所减小,与理论相符.该结果进一步证实了由相位噪声转化而来的强度噪声与模清洁器的锁定质量无直接关系.通过该研究,完善了光学模清洁器对激光的噪声抑制模型.     

X光激光研究中的等离子体状态诊断

在预作X光激光增益介质的中Z靶(象锗靶)中均匀掺人少量的低Z元素(象铝),利用后者的类氦谱线强度比确定了等离子体状态;同时还在PLTE近似下由锗线的强度比确定了等离子体状态,二者基本吻合。     

激光光强扰动对相干场成像降质影响理论研究

激光相干场成像系统发射多束激光,经大气传输对远程目标成像,大气湍流引起的激光束光强扰动是影响成像质量的一个关键因素.本文从湍流引起的激光束光强扰动对回波解调信号的影响关系入手,建立了激光回波光强扰动因子对相位闭合系数和成像频谱分量的降质传函理论模型;基于三光束激光相干场成像系统仿真验证了理论模型的有效性.研究表明激光相干场成像频谱分量和成像像质主要受三光束相位闭合求解算法中第二光束光强扰动影响.该研究揭示了激光回波光强扰动对成像像质的影响机理,对于分析大气湍流等引起的光强扰动降质效应和合理分配多光束光强稳定性以提高成像质量具有理论指导意义.     

降雨对无线激光通信的影响

通过激光信号在雨介质中传输的实验发现,在大雨环境下,激光信号透射率要比在小雨或微雨的情况下大。这说明光信号在小雨时衰减较大,在大雨时衰减较小。这一现象与人们通常所认为的有所不同。针对降雨对激光信号的影响,根据Mie散射理论和Weibull雨滴尺寸分布模型,分析了不同尺寸的粒子对光的散射作用以及对衰减效率因子的影响,推导出单球粒子对光波的衰减公式,得到了衰减与降雨率的确定关系。通过数值计算发现,与小粒子相比大粒子的前向散射光强更大且更加集中;激光信号在雨介质中传输时,衰减系数在小雨时较大,中雨、大雨时较小,暴雨时不断增大。这一结果与实际情况较吻合,为激光在通信系统中的应用提供了一定的理论依据。