针对用于产生光镊的环形光束,利用分步傅里叶-贝塞尔变换算法,对二维环形超高斯光束的非线性传输及聚焦过程进行了数值模拟,给出了环形光束聚焦场附近的光强分布,并分析了非线性调制对聚焦性质(包括焦面中心光强、焦面光强的横向分布、轴上光强和光束质量)的影响.研究表明,从聚焦角度来看,非线性调制中的位相调制比振幅调制对环形光束聚焦性质的影响程度要大;从非线性传输角度来看,随着非线性介质长度的增加,位相调制和振幅调制对环形光束聚焦性质各有不同程度的加剧,其中非线性作用对振幅调制的影响要比位相调制明显.

利用光线追迹法和四阶龙格库塔法分析了光参量啁啾脉冲放大系统中实际展宽器和压缩器所带来的各阶色散,并将其代入放大过程数值模拟了脉冲变化的情况,讨论了压缩器光栅对表面不平行、刻线不平行、信号光强度、泵浦光强度等因素对输出脉冲宽度和时间波形的影响.结果表明,光栅对表面不平行将引起脉冲宽度变大,且光栅顺时针旋转对脉冲宽度和波形影响更大.而光栅刻线不平行时,当仅考虑二阶色散时,夹角为0.8°时脉宽最小,考虑到三阶色散时,夹角为1°脉宽最小,且光栅顺时针和逆时针旋转对脉冲的作用相同.对实际OPCPA系统,当放大晶体材料及长度一定时,尽量调整压缩器光栅平行,信号光强度和泵浦光强度有一最佳值能使输出脉冲宽度达到最小.

利用光线追迹法以及分步傅里叶-贝塞耳变换法,考虑了光阑对光束的拦截和通光作用以及激光放大过程中的增益饱和效应,对环形腔调Q钕玻璃激光系统振荡器输出的光束经卡塞格林式放大器多程放大后的光场演化过程进行了数值模拟,并进行了实验验证。分析得出现有系统中输入输出镜的阶跃反射率分布是导致输出环形光束质量不好的主要原因,并重点对放大器的腔镜部分进行了优化设计,提出了反超高斯反射率分布的输入镜与超高斯反射率分布的输出镜相组合的腔镜对结构。数值模拟结果表明,该腔镜对的使用可大大改善输出环形光束的质量。