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。     

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。     

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.     

高功率激光系统中随机分布缺陷产生的"热像"

基于"热像"的衍射理论模型,并利用空间频谱的传输矩阵,理论分析了位置和尺寸均随机分布的缺陷在高功率激光系统中产生"热像"的机理,作为理论分析结果的对比验证,数值模拟了高功率激光束受到这种随机分布缺陷调制后所形成"热像"的演化规律,进而从统计平均的角度讨论了"热像"强度的变化趋势与缺陷分布数目和尺寸范围之间的关系. 结果表明,当缺陷的尺寸接近某个特定值时,受其调制的光束会形成强度最大的"热像"点,且"热像"所在平面强度极大值点的横向位置与光学元件表面的缺陷横向分布相对应;在一定范围内,"热像"的强度最大值随 关键词： 热像 随机分布缺陷 高功率激光 非线性介质     

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     

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.     

高功率激光系统中近轴鬼像点的寻找

考虑了空间滤波小孔隔离鬼像点的作用后，提出了寻找大型高功率激光装置中近轴鬼像点的矩阵光学方法，并根据实际系统提出了判断鬼像点虚实的可行方法。所编制出的程序可用于寻找激光放大系统中的任意高阶鬼像点。     

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。     

非线性增益介质中强激光热像的演化规律

高功率激光系统中的热像效应可能导致光束的峰值功率剧烈增加,增益非线性介质会使这种光强增幅更为强烈。基于菲涅尔-基尔霍夫衍射理论和非线性近轴波动方程,对强激光在增益克尔介质工作在饱和区时的热像产生过程进行理论分析,将光束传输方程中增益饱和部分进行麦克劳林展开,取其近似,经过推导得出了介质薄近似时热像强度解析式和热像位置。通过数值模拟对解析结论预测的热像强度和位置进行验证。仿真结果表明,热像的位置在衍射物相对于介质对称处,热像强度解析结果与模拟结果相符,在薄介质时,解析解与模拟结果拟合较好。热像强度随非线性介质内非线性效应增强而停止增加,此外,讨论了热像强度随调制类型的变化。     

Evolution of the hot image effect in high-power laser system with cascaded Kerr medium

Based on the diffraction theory model for hot image formation, the evolution of the hot image effect in a high-power laser system structured by cascaded Kerr medium with gain and loss is numerically investigated. For a sample simulation system with five pieces of Kerr medium plates arrayed in parallel, the dependences of the peak intensity and the location of the hot image on different parameters of the scatterer and the system are analyzed. It is shown that the possible damage spots caused by the beam peak intensity would be repetitious in the laser system with cascaded medium. Arranging the Kerr medium plates and the downstream optical components in a rational way (for instance increasing the interval between two adjacent medium plates, arranging the Kerr medium plates aperiodically or certain optical components properly) may be helpful to relax or avoid the optical damage caused by the hot image effect.     

带宽对强光束非线性成像的抑制效应

 宽频带激光驱动器中光束的传输与常规的窄带系统有很大区别。数值分析了宽带激光的成像这一非线性传输现象,并与窄带激光的成像特性进行了比较,发现宽带激光的热像位置和窄带激光基本相同,但宽带激光的热像强度比窄带激光低很多,说明宽带激光能很好地抑制非线性成像的形成。此外,通过改变脉冲啁啾和脉冲宽度两种方式分别揭示了带宽对非线性成像和光束匀滑的影响,发现不同带宽情形下热像的位置基本相同,均处于共轭位置处;热像的光强和热像处光束的调制对比度随着啁啾值的增大而降低,随脉冲宽度的增大而增大。由于受到群速度色散效应的作用,带宽能够阻碍热像的形成,并提高光束的匀滑度。     

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     

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.     

高平均功率固体激光及其大气传输

固体激光器是一种具有重要应用背景的高功率激光器,对包括激光波长、光束发射口径、发射功率、光束质量等在内的激光器参数的选择进行了分析,研究了大气介质的光学性质、激光大气传输效应以及激光辐射与靶目标的耦合机制与耦合效率等因素的影响.相关结果表明100 kW的固体激光器的综合效能可与2～3倍平均输出功率的DF化学激光器相当,这说明高平均功率固体激光器是一种具有潜在优势和良好发展前景的高功率激光器.     

Study on improving output capability of high-power lasers providing short pulses by using different laser glasses together in the amplifier chain

We have discussed the optical and laser properties of different laser glass types. According to the properties of the gain and the B integral in the high-power laser amplifier chain, an optimal configuration is pointed out to improve the output capability at short pulses based on reducing nonlinear refractive index n₂. In this way, high gain glasses and low n₂ glasses are used in different amplifier stages simultaneously. The simulated results show that on the condition that the maximal output energies of both the configurations are same at 3 and 5 ns, the maximal output capability growth ratio of 30.48% () and 42.24% () for the optimal configuration can be obtained at 1 ns, respectively.