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.     

高功率激光光束经颗粒污染后的近场衍射效应

采用高功率激光驱动器设计软件Laser designer数值研究了激光光束经颗粒污染后的近场衍射特性. 对颗粒污染所产生的调制进行了分类, 并详细分析了真空和石英玻璃中, 振幅调制型和位相调制型颗粒污染对光束近场的影响. 研究结果表明, 无论在真空或石英玻璃中, 位相型颗粒污染对高功率激光光束的近场调制影响较大. 且在石英玻璃中, 位相型硬边颗粒污染所引起的高功率激光光束小尺度自聚焦热像调制现象相当严重. 而由颗粒污染引起光束强区的横向偏移, 却在一定程度对小尺度自聚焦有抑制作用.     

位相调制产生“热像”效应理论研究

通过理论分析和数值模拟方法，研究了高功率激光系统中的非线性“热像”效应. 利用菲涅耳-基尔霍夫衍射积分和非线性近轴波动方程，在远场近似及光学薄近似条件下，得出了位相调制产生“热像”出现的位置及强度满足的解析关系.结果表明，“热像”形成在非线性介质后与衍射物对称的位置，其强度可能比振幅调制产生“热像”的强度大几倍. 通过计算机模拟，并与理论预测结果进行比较，显示两者符合较好. 同时给“热像”的形成过程赋予了明确的物理意义，指出“热像”的形成类似于同轴位相夫琅禾费全息过程. 关键词： “热像”效应 全息成像 小尺度自聚焦 高功率激光     

高功率激光系统中全息“热像”效应

 对高功率激光系统中存在的一种类似于小尺度自聚焦的非线性过程“热像”效应进行了理论分析和模拟计算。当一束经过遮光物调制的激光光束通过非线性介质后，在随后的光路上将产生一个亮点，即“热像”。“热像”处的光强比背景光强大几倍，因此位于“热像”附近位置的光学元件很可能遭受损伤。从全息成像的角度对“热像”的形成过程进行了分析。结果表明：“热像”的位置处于以非线性介质为中心与遮光物大约对称的地方，“热像”的光强是原始光强的(1+B)2倍。计算机模拟与理论计算结果吻合较好，验证了上述结果。     

高功率激光系统中全息“热像”效应

对高功率激光系统中存在的一种类似于小尺度自聚焦的非线性过程“热像”效应进行了理论分析和模拟计算。当一束经过遮光物调制的激光光束通过非线性介质后,在随后的光路上将产生一个亮点,即“热像”。“热像”处的光强比背景光强大几倍,因此位于“热像”附近位置的光学元件很可能遭受损伤。从全息成像的角度对“热像”的形成过程进行了分析。结果表明：“热像”的位置处于以非线性介质为中心与遮光物大约对称的地方,“热像”的光强是原始光强的(1+B)2倍。计算机模拟与理论计算结果吻合较好,验证了上述结果。     

高功率激光系统中非线性热像与模糊斑大小的关系

高功率激光系统中非线性热像的强度可能达到光学元件的损伤阈值,从而危及系统的安全运行。明确并避免引起最强热像大小的模糊斑,可以降低热像的破坏威胁。通过理论分析与数值模拟方法,研究了高功率激光系统中非线性热像光强与模糊斑大小的关系。根据角谱传输和Bespalov-Talanov小尺度自聚焦理论,推导出一定厚度非线性介质的热像光强表达式,得到了热像光强随模糊斑大小的变化规律,并用数值模拟结果进行了验证。结果表明,随着模糊斑尺寸的增大,热像光强先是单调增大,达到一最大值后单调下降;热像光强最大时对应的模糊斑大小基本上与由Bespalov-Talanov小尺度自聚焦理论决定的最快增长小尺度调制尺寸相同。     

级联介质系统中多散射点形成热像的数值分析

 以5片带增益损耗的级联介质板为例,数值模拟分析了高功率激光器系统中,由垂轴平面内多个散射点形成热像的演化规律,讨论了散射点参数对散射光之间相互作用的影响。模拟结果表明：无论这些共面的散射点同时或分别单独存在,其形成的热像点亦共面,只是同时存在时对应的热像峰值强度比单独存在时低;当不同参数散射点引起的散射光在从背景光场中提取能量形成热像时,提取能量的竞争并不平等,最终会导致某些散射光在能量竞争中处于优势,最终形成的热像得到加强,而其它散射光形成的热像受到抑制。     

超短脉冲激光空间调制下小尺度自聚焦的实验研究

实验研究了超短脉冲激光的空间小尺度自聚焦的动态变化过程.具体实验过程是使经过正交细丝的衍射来实现激光的空间调制,然后通过非线性Kerr介质二硫化碳,随着输入功率的增大,超短脉冲开始出现小尺度自聚焦增长现象.实验发现,每个小尺度自聚焦峰值并不是随着功率的增大而无限地增长下去,而是在不同位置出现了新的调制增长点,这些新出现的增长与原有的增长相互竞争,最终导致了分裂成丝.通过数值模拟相应的传输过程,发现数值模拟结果与实验结果符合很好. 关键词： 小尺度自聚焦 高功率激光 超短脉冲     

高功率超高斯光束传输的非线性补偿研究

 分析了高功率超高斯光束在非线性介质中传播的基本理论，用分步傅里叶变换方法计算了10阶超高斯光束在非线性介质内的传输过程，最后采用具有负折射率系数的非线性介质作为补偿材料，对不同的补偿方式进行了对比分析。研究表明，四种补偿方式均可以大大减小光束的B积分，有效防止超高斯光束边缘的非线性增长，降低光束的小尺度自聚焦，同时选用后补偿作为最佳补偿方式。     

高功率超高斯光束传输的非线性补偿研究

分析了高功率超高斯光束在非线性介质中传播的基本理论,用分步傅里叶变换方法计算了10阶超高斯光束在非线性介质内的传输过程,最后采用具有负折射率系数的非线性介质作为补偿材料,对不同的补偿方式进行了对比分析。研究表明,四种补偿方式均可以大大减小光束的B积分,有效防止超高斯光束边缘的非线性增长,降低光束的小尺度自聚焦,同时选用后补偿作为最佳补偿方式。     

Nonlinear images of scatterers in chirped pulsed laser beams

The bandwidth and the duration of incident pulsed beam are proved to play important roles in modifying the nonlinear image of amplitude-type scatterer.It is found that the initially positive chirp-type bandwidth can suppress the nonlinear image,while the negative one can enhance it,and that both effects are inversely proportional to the incident pulse duration.Numerical simulations further demonstrate that the location of nonlinear image is at the conjugate plane of the scatterer and that,for negatively pre-chirped pulsed beam,the nonlinear image peak intensity can be higher than that in the corresponding monochromatic case under certain conditions.Moreover the effect of group velocity dispersion on nonlinear image is found to be similar to that of chirp-type bandwidth.     

高功率激光在非均匀大气中传输的自聚焦效应研究进展

地基激光空间碎片清除和利用激光辐射把转换的太阳能从空间轨道输运到地面等应用中,不可避免地遇到高功率激光在非均匀大气中的传输问题。由于激光功率已远远超过大气非线性自聚焦临界功率,大气自聚焦效应是影响光束质量的一个重要物理因素。概述了近年来国内外高功率激光在非均匀大气中上行或下行传输的自聚焦效应研究进展,主要介绍了高功率激光在非均匀大气中的传输模型、理论基础、数值和解析研究方法,着重介绍了自聚焦效应对激光传输特性和光束质量的影响,并总结了优化靶面光束质量的方案。此外,还介绍了大气群速度色散效应和大气湍流效应等物理因素对激光光束质量的影响。最后,还提出了该领域值得进一步深入研究的一些问题。

     

宽带啁啾脉冲激光非线性传输过程中的时空微扰研究

基于非线性薛定谔方程推导出大啁啾脉冲的传输方程,利用微扰理论,分析了啁啾脉冲激光的时空不稳定性. 理论上比较清楚的阐述了宽带脉冲激光在大啁啾情况下,其时空噪声的相互影响与相互作用情况及脉冲啁啾对噪声微扰调制的影响,发现在相同γI₀(非线性系数与峰值强度乘积)的情况下脉冲啁啾对噪声调制的增长没有直接影响. 最后我们在实验上利用非线性介质对啁啾脉冲的空间小尺度自聚焦过程进行了部分验证,同时也在数值上对宽带啁啾脉冲的时间噪声调制的增长进行了模拟分析,发现实验结果和模拟分析结论 关键词： 时空不稳定性 宽带脉冲激光 啁啾