高功率激光驱动器中小尺度自聚焦和噪声模型

 建立了一套线性的近似分析方法，研究高功率激光驱动器中强激光传输的小尺度自聚焦效应和相位噪声对光束传输和光束质量的影响，给出了系统噪声强度、B积分值与光束近场调制对比度之间的定量关系。研究表明,为保证输出光束质量，即近场调制对比度小于给定值，系统内的噪声强度必须符合一定的谱分布。     

自聚焦激光束光束质量评价的功率谱密度方法

在高功率激光系统中，介质的非线性折射率引起的小尺度自聚焦效应将会带来对光束相位和强度分布的影响，增加光学元件遭受成丝破坏的风险。产生光束小尺度纹波调制的机制分为两类：振幅和位相调制。振幅调制引起的光束自聚焦是造成介质损伤的主要因素。根据小信号的Bespalov-Talanov理论，只有特定空间频率(或称为模式)的调制具有最快的增长速度，其增长幅度可以用B积分参数来描述。目前，有关光束的自聚焦成丝已经引起了激光器研制人员的重视。     

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.     

高强度三次谐波转换对光束质量的影响

分别利用光强对比度和功率谱密度作为激光束的振幅调制和位相畸变的定量描述参量,研究了在高功率条件下,三次谐波转换过程对激光光束质量的影响,详细分析了基频光的光束质量与三倍频光光束质量的定量变化关系.     

利用运动光束抑制高功率激光小尺度自聚焦

提出了近场“运动光束”的概念.指出光谱色散匀滑装置可以在近场产生运动光束,理论分析了运动光束的产生机理、条件、运动特性以及对小尺度自聚焦的抑制作用.通过数值模拟,得到计算结果与理论分析一致. 关键词： 运动光束 光谱色散匀滑 小尺度自聚焦 惯性约束聚变     

介质的增益与损耗对高功率激光小尺度自聚焦的影响

 由光束在非线性介质中传输所满足的近轴波方程，应用Bespalov Talanov（BT）理论，导出了光束在两种介质中传输时，小尺度不稳定增长所遵循的微分方程。通过对比分析介质的增益和损耗对高功率激光的小尺度自聚焦行为的不同影响，得出了截止频率、最快增长频率、纹波的积分指数增益等特性随各参量的变化,求得了最大和最小的纹波增长的距离，以及介质的增益和损耗特性对成丝距离的影响。     

强光束局部小尺度调制致多路成丝现象研究

基于非线性Schrdinger方程模拟了Kerr介质中强光束局部小尺度调制致光束多路成丝现象，发现在一定的B积分范围内，光束局部小尺度调制基本上只从该局部本底场中吸收能量获得增长，从而将该局部光束分裂成细丝.当光束不同部分的小尺度调制相隔较远时，各 细丝的演化基本上不相关. 关键词： 自聚焦 多路成丝 非线性Schrdinger方程     

增益介质中发散光束的小尺度自聚焦

将Bepalov-Talanov理论拓展为发散光束在增益介质中的情形,研究了介质小信号增益和饱和增益情况下小尺度扰动的自聚焦特性.在小信号增益情形下,对于确定的输入功率,不同的光束初始曲率半径,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随介质小信号增益或传输距离的变化有不同的变化性质.光束初始曲率半径表征着光束衍射发散的程度,它的减小在一定程度上能够使小尺度调制的最快增长频率和最大增益减小.小信号增益情形下,对于确定的输出功率,增加介质小信号增益,扰动的最大增益会随之减小,而最快增长频率相应向低频方向移动.相比于小信号增益情形,饱和增益介质情形下小尺度调制增长的最快增长频率及最大增益较小.在不同的系统设计中,需权衡放大器增益及光束参数,选择合适的系统参数及光束控制装置进行实际应用.     

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。     

有限能量Airy光束的小尺度自聚焦特性

研究了有限能量Airy光束在克尔介质中的非线性传输过程及整体自聚焦(特别是小尺度自聚焦)特性.研究发现相对于整体自聚焦,有限能量Airy光束主峰的小尺度自聚焦更容易发生,而且其噪音调制的增长速度随着截断系数的增加而变慢.通过对比研究不同截断系数小尺度自聚焦的增益谱,发现截断系数也极大地影响有限能量Airy光束的增益谱,截断系数越小Airy光束受噪音影响分裂的可能性就越大;对于较大的截断系数,有限能量Airy光束增益谱和由它主瓣拟合的高斯光束的增益谱越来越接近.研究结果对于有限能量Airy光束的潜在应用有一定的指导作用.     

高阶高温超导量子干涉器件平面式梯度计的设计

设计了一种高温超导平面式梯度计的探测线圈，利用这种探测线圈与超导量子干涉器件(SQ UID)耦合，可以制成二阶或更高阶的高温超导SQUID平面式磁场梯度计.设计的探测线 圈由两个闭合环路组成，每个闭合环路是由若干个环路通过细小的连接通道连接而成.两个 闭合环路由一条超导窄带分割，将SQUID与这条超导窄带耦合可以测出超导窄带上的电流大 小.通过调整各个环路的形状、面积和位置，可以使超导窄带上的电流与磁场的高阶梯度成 正比，从而测得磁场的高阶梯度. 通过计算，得到了各个环路的面积、电感以及位置的关 系，在理 关键词： 高阶平面式磁场梯度计 高温超导薄膜     

强散射体产生的像面散斑对比度与随机表面及成像系统关系的研究

在对4f光学成像系统中强散射体形成的像面散斑的统计特性的研究中, 首先通过散斑场光波复振幅的一般形式和双重指数函数近似求出散斑光强的系综平均, 然后利用散斑场光波复振幅的实部和虚部的旋转变换法求出散斑光强的方差, 最后得出了散斑对比度与随机表面统计参量和系统参量的直接表达式. 本结果与现有文献中包含随机表面相关面积或散射粒子数目的隐含表达式相比具有明显的改进, 并对标定随机表面的散斑对比度法具有重要意义. 关键词： 随机表面 像面散斑 对比度     

克尔介质中脉冲宽度对瞬态热光非线性效应的影响

在纳秒时域，研究了激光脉冲宽度变化对克尔介质中瞬态热光非 线性效应的影响.通过不同脉冲宽度τp下得到的二硫化碳 苯胺黑溶液的Z_scan实验结果，对瞬态热光非线性效应和光克尔效应的共存过程进行了分析 .随着脉冲宽度的增加，观察到了热光非线性效应从瞬态到稳态变化过程和Z_scan峰谷特性 的转变.同时，从声波的传播方程和光波的非线性传播方程出发，用数值计算方法模拟了这 一非线性过程，结果表明数值模拟结果和实验结果是相符的. 关键词： 瞬态热光非线性效应 脉冲宽度 Z_scan 克尔效应     

交叉偏振滤波技术提高飞秒超强激光信噪比的研究

对交叉偏振波滤波技术理论分析的基础上,在"极光-III"装置中采用该技术进行了钛宝石飞秒放大激光脉冲对比度提高的实验研究,不仅显著的抑制了纳秒范围内再生放大器产生的预脉冲,而且也将皮秒范围内的信噪比由10^-5提高到了10^-7,实验测得基波到交叉偏振波的转化效率大于10%.研究表明,该技术可以有效地提高飞秒超强激光的信噪比.     

A new method for information retrieval in two-dimensional grating-based X-ray phase contrast imaging

Grating-based X-ray phase contrast imaging has been demonstrated to be an extremely powerful phase-sensitive imaging technique.By using two-dimensional(2D) gratings,the observable contrast is extended to two refraction directions.Recently,we have developed a novel reverse-projection(RP) method,which is capable of retrieving the object information efficiently with one-dimensional(1D) grating-based phase contrast imaging.In this contribution,we present its extension to the 2D grating-based X-ray phase contrast imaging,named the two-dimensional reverseprojection(2D-RP) method,for information retrieval.The method takes into account the nonlinear contributions of two refraction directions and allows the retrieval of the absorption,the horizontal and the vertical refraction images.The obtained information can be used for the reconstruction of the three-dimensional phase gradient field,and for an improved phase map retrieval and reconstruction.Numerical experiments are carried out,and the results confirm the validity of the 2D-RP method.     

Error analysis for polychromatic speckle contrast measurements

Revival of interest in speckle technologies raises a curial question on the accuracy calculation of speckle measurements. In particular, the accuracy calculation of speckle contrast, an important metrics of a stochastic process, is quite different from the accuracy calculation of a typical intensity measurement. Speckle contrast depends more on stochastic characteristics of a process rather than on hardware characteristics. In this article, we consider errors introduced by the limited number of available speckle and by intensity saturation for monochromatic and polychromatic speckles. Equations for these types of errors were derived. Particularly, we show that the error due to limited number of speckles is inversely proportional to the square root of the speckle number, in the similar way as the average intensity error. For the error due to limited dynamic range of a recording device, the truncation effect increases the error as the mean intensity increased. Monochromatic speckles are more sensitive to such truncation than polychromatic speckles. We report the optimal mean intensity in terms of the pixel depth of a recording device and the total number of speckle recorded. In addition, a recommendation to minimize the saturation error for a typical camera is included.     

The dependence of relaxation rates and chemical shift on the size of the imaged molecules and the concentration of MRI contrast agents

An intriguing phenomenon on enhancement of the relaxation rates and chemical shift of two typical magnetic resonance imaging (MRI) contrast agents based on gadolinium complex is observed. The relaxation enhancement or chemical shift change depends on the size of the molecule where the imaged nuclear species is located: the small molecules show a perfect linear relationship between the concentration and the relaxation enhancement or chemical shift change while for macromolecules pronounced nonlinearity is observed. The phenomenon is also confirmed with real images of a macromolecular sample. A quantitative theoretical interpretation of the phenomenon is proposed and the significance of this phenomenon to MRI of materials and biological systems is discussed.     

Anomalous mobility and current reversals in inertial deterministic ratchets

We analyze the transport properties of inertial deterministic rocking ratchets in the presence of an external constant force. For small values of this load, we can obtain a positive current for a negative load, and vice versa. This phenomenon, in which the direction of the current is opposed to the sign of the external force, is a signature of anomalous negative mobility. We show that this anomalous mobility is possible in the deterministic case, and explain this phenomenon as current reversals associated to bifurcations in an inertial deterministic rocking ratchet in the presence of an external load.     

准高斯声束对超声造影剂的声辐射力研究*

超声造影剂的定向输运在超声医学成像领域有着极为重要的意义,而声辐射力作用是实现该过程的关键,相比于高斯声束,准高斯声束是无源亥姆霍兹方程的精确解,可以使用标准波分解法简化计算。因此,本文研究了准高斯声束对超声造影剂的声辐射力作用。文章首先分析了准高斯声束与高斯声束之间的相关性;随后通过数值计算求得了准高斯声束对超声造影剂模型的声辐射力函数与无量纲频率之间的关系;最后,本文研究了不同造影剂气泡情况下的声辐射力。研究结果表明:声辐射力函数随无量纲频率变化将在不同位置出现共振峰,不同的波束宽度值将改变辐射力强度,但不改变共振峰的位置。相关结果可为利用声辐射力定向输运超声造影剂至靶向位置提供理论参考。     

马丁内兹型啁啾脉冲放大系统高阶色散的混合补偿

采用光线追迹法对含有马丁内兹型展宽器的CPA系统的各阶色散进行了系统的理论研究，提出了引入适当负三阶色散量以补偿五阶色散的总体色散的混合补偿方法.该方法能够获得比采用仅补偿二、三阶色散的逐阶色散补偿法更接近傅里叶变换极限的超短脉冲. 关键词： 啁啾脉冲放大 马丁内兹型展宽器 色散补偿