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     

飞秒脉冲激光1维强度调制的传输特性

实验研究了飞秒激光干涉条纹在CS2介质中传输的增长率与条纹间隔以及增长率与中心峰值强度的关系。结果发现,在非线性介质中传输的1维干涉调制特别是当其调制频率位于中心光强对应的最快增长频率附近时,随着传输距离的增加调制场迅速获得增长,将高斯光束分裂成多根峰值强度很高的带状细丝。相应的数值模拟与实验结果具有较好的一致性。     

具有电与磁非线性效应超常介质中光束的聚焦特性

基于Drude模型,采用解析法与数值模拟法研究了具有电与磁非线性效应超常介质中光束的聚焦特性。结果表明超常材料中光束聚焦现象不但可以发生在自聚焦非线性介质中(正折射区)而且可以发生在自散焦非线性介质中(负折射区),且光束中心频率离介质的等离子频率越近,其聚焦效应越明显。特别是当电与磁非线性极化率为异号时,超常介质的非线性符号可以通过调控电与磁等离子频率的相对大小控制,这为主动操控光束的传输提供一种新的自由度。     

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.     

啁啾脉冲堆积宽带激光非线性传输时域调制特性

为避免时域调制增长形成的高强度时间尖峰对光学元件的损坏,数值研究了啁啾堆积脉冲宽带激光非线性传输的时域调制增长规律。结果表明:对于正常色散介质,子脉冲间干涉引入的时间调制与外加调制随着传输距离的增加,不断振荡减弱;相反,对于反常色散介质,无外加时间噪声时,堆积子脉冲间的相互干涉引入的时间调制有微弱增长,但当传输距离进一步增加时,子脉冲间干涉引入的调制可以获得快速增长;而当外加非线性最快增长时间调制时,时间调制发生迅速增长,具有破坏威胁的时间尖峰易于形成。     

圆孔衍射调制强激光非线性传输实验研究

实验研究了圆孔衍射调制下的强激光在克尔非线性介质中的传输特性。观测了小尺度自聚焦效应引起的多细丝形成、单根细丝演化以及细丝之间相互作用过程。结果表明:在非线性传输过程中,衍射调制光束在空间特定位置出现调制增长,导致光束分裂形成多路细丝;单根细丝的强度并非无限增长,而是达到一定值后通过锥形发射释放多余能量,同时与背景光相互作用形成新细丝;相距较近的细丝之间通过干涉相互作用,使其在附近区域形成新的细丝。     

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     

负折射介质中超短脉冲的反常分裂现象

对超短脉冲在负折射介质中的传输特性进行了研究,着重分析其不同于常规介质的反常脉冲分裂现象。结果表明:由于负的折射率影响,介质将通过反常群速度色散与自散焦非线性的相互作用机理来诱导脉冲的对称分裂。同时,分析由色散磁导率所导致的可控自陡效应对脉冲分裂的影响,发现负折射介质中正负的自陡效应都会引脉冲非对称分裂。其中负的自陡效导致脉冲裂变后其后沿比前沿高,这与常规介质自陡效应（恒为正）情形相同;而负折射介质正的自陡效应对脉冲分裂影响刚好与前者相反,即裂变后脉冲后沿比前沿低。     

负折射介质中非线性色散效应对调制不稳定性的影响

研究了负折射介质中非线性色散效应对调制不稳定性的影响,揭示了若干新的不稳定性现象。得到了有任意高阶线性与非线性色散效应情形下调制不稳定性增益谱的表达式,结果表明:所有偶次非线性色散不但会影响原来的不稳定性,而且可能会导致新的不稳定性区域;而所有的奇次非线性色散将始终抑制调制不稳定性,且与其符号的正负无关。进一步研究了由色散磁导率所诱导的二阶非线性色散效应对调制不稳定性的影响。研究发现它不但能使在常规介质中不可能出现的调制不稳定性现象也能出现,而且可能会导致在无限带宽的调制频率范围内发生新的不稳定性现象,且其增益值将随调制频率的增大而单调增大。     

强激光非线性热像与克尔介质厚度的关系

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位置及光强随介质厚度的变化规律。基于角谱传输和Bespalov-Talanov小尺度自聚焦理论,在不作薄介质近似情况下得到了热像光强表达式,并用数值模拟结果进行了验证。结果表明,在一定的入射功率下,热像光强随介质厚度的增加而增大;而在一定的B积分下,热像光强随介质厚度的增加先单调增加,达到一极大值后,单调减小。此外,当模糊斑相对于克尔介质的距离的菲涅耳数远大于1时,可采用薄介质近似。数值模拟结果与解析结果吻合得很好。