四川师范大学物理与电子工程学院，四川 成都 610068
采用数值模拟方法研究了大气非线性自聚焦效应对艾里光束上行大气传输特性和光束质量的影响，结果表明：大气自聚焦效应随着艾里光束指数截断因子的增大而增强，并会导致艾里光束的实际焦点向靶面移动。采用预散焦方法可使靶面上的光束始终保持艾里轮廓，同时可使靶面光强得到显著提高。本文得到了预散焦的焦距公式，并证实了其有效性。研究发现：预散焦后，即使光束功率远远超过了自聚焦临界功率，非均匀大气的自聚焦效应也不会破坏艾里光束的自加速特性，有助于地基激光束避开障碍物，清除空间碎片。在相同的功率下，艾里光束相比高斯光束在碎片靶面上有更高光强，并且艾里光束具有更强的抵抗自聚焦效应的能力。因此，艾里光束比高斯光束更适合地基激光对空间碎片的清除。
四川师范大学物理与电子工程学院，四川 成都 610068
围绕减小碎片靶面上光斑尺寸从而提高靶面光强的问题，采用解析方法研究了部分相干脉冲光（PCLP）在非均匀大气中的准稳态自聚焦效应对空间靶面光束质量的影响。推导出了PCLP从地面上行大气传输至空间轨道的束宽、曲率半径和实际焦距的解析表达式。研究表明，准稳态自聚焦效应会导致焦移，从而导致靶面光斑尺寸增大。指出采用准稳态和稳态修正焦距方法可以有效抑制准稳态自聚焦效应，从而减小碎片靶面光斑尺寸。推导出了PCLP的准稳态和稳态修正焦距的解析表达式，并给出了其适用条件。研究发现，采用准稳态修正方法能获得比稳态修正方法更小的靶面光斑尺寸，但稳态修正方法更易实现。
大气光学 准稳态自聚焦效应 激光大气传输 部分相干脉冲光 靶面光斑尺寸 光学学报
2023, 43(12): 1201005
强激光与粒子束
2021, 33(8): 081002
全固态皮秒放大器的平均输出功率易受到增益晶体中自聚焦效应的影响。通过引入补偿元件—砷化镓(GaAs)片可以避免自聚焦效应造成的损伤,关于砷化镓的抑制机理对高峰值功率Nd:YAG晶体皮秒放大器系统的进行理论分析和实验研究。以公式计算得到了GaAs材料的非线性折射率系数，并由数值模拟给出了在抑制自聚焦的最佳效果下GaAs片厚度与Nd : YAG棒长度的关系。在入射皮秒激光束中心波长为1 064 nm、重复频率为1 kHz、峰值功率密度为12 GW/cm2的条件下，进行了不同厚度(200 μm和550 μm)GaAs片对抑制Nd:YAG棒自聚焦损伤的实验研究。通过优化GaAs片的厚度，该补偿方法在高峰值功率皮秒脉冲条件下，特别是对于Nd：YAG放大器显示出较高的效率。
自聚焦效应 非线性折射率系数 光学损伤 B积分 self-focusing effect nonlinear refractive index coefficient optical damage B-integral 红外与激光工程
2019, 48(9): 0905001
1 西安邮电大学 电子工程学院, 陕西 西安 710121
2 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
以强激光系统和自聚焦理论的研究为出发点, 主要采用光束传输法和光线追迹法分析了非线性介质下的强激光光束传输过程。并且, 基于适合于非线性介质下光线追迹的亚当斯法和基于梯度信息的光强分布的恢复算法, 仿真模拟出光强与透镜厚度、介质折射率、透镜曲率半径以及入射光束半径的关系; 同时结合光学设计软件, 不仅得出了折射率与光强的乘积与焦点位置的变化关系, 还通过点列图中的数据直观地反映出系统结果的成像质量, 最后对光线追迹法和光束传输法两种光学方法进行了对比分析。仿真分析结果可以判断出系统的哪些部分容易受到自聚焦的影响, 进而可以通过改进某些参数的大小, 减少并消除其不利影响, 找到适合于强激光系统的最优方法。
强激光系统 自聚焦效应 非线性介质 光束传输法 光线追迹法 high intensity laser system self-focusing effect nonlinear medium beam transmission method ray tracing method 红外与激光工程
2019, 48(7): 0706003
山东大学信息科学与工程学院, 山东 青岛 266237
提出了一种新型的基于渐变折射率波导自聚焦效应的模斑变换器,分析了均匀折射率波导和渐变折射率波导的模式场分布及传输特性,研究了自聚焦效应的原理。利用时域有限差分法,计算得到了该变换器的插入损耗和回波损耗,所提模斑变换器与现有的最好模斑变换器的性能相当,但长度缩短至其1/6。该新型模斑变换器可用于集成光学系统中。
集成光学 硅基光电集成 模斑变换器 渐变折射率波导 自聚焦效应
1 长春理工大学理学院, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学化学与环境工程学院, 吉林 长春 130022
研究了脉冲能量对飞秒激光等离子体丝形成的影响, 基于荧光光谱法和照相图像法得到脉冲能量对飞秒激光等离子体丝长度和成丝起点的影响规律。实验结果表明：飞秒激光在大气中传输时, 经透镜聚焦后形成较长的等离子体丝; 随着脉冲能量的增大, 等离子体丝的成丝起点位置向聚焦透镜位置移动, 同时等离子体丝的长度增加; 等离子体丝辐射的N2 337 nm荧光谱线强度峰值位置靠近聚焦透镜, 并且整体荧光光谱强度得到增强; 相比于照相图像法, 荧光光谱法测量得到的等离子体丝长度更加可靠。最后对脉冲能量对等离子体丝起点位置的影响进行了理论解释。
非线性光学 飞秒激光等离子体丝 等离子体丝长度 荧光光谱 克尔自聚焦效应 激光与光电子学进展
2017, 54(12): 121901
1 中国科学院光电研究院， 北京 100080
2 中国科学院研究生院， 北京 100049
3 北京国科世纪激光技术有限公司， 北京 100192
为了获得高能量、高效率的钕玻璃前置放大器，设计了一套钕玻璃再生放大系统。通过调节单程增益和优化腔模设计，使得增益介质中的小尺度自聚焦效应得到有效控制。在重复频率1 Hz运行下，获得最大输出能量21 mJ、脉冲宽度2.65 ns的激光输出，相应的光光转换效率为5%，总增益达108，光束质量因子M2=1.5，脉冲能量稳定性均方根(RMS)值小于2%(超过2 h连续工作)，光谱的中心波长为1052.92 nm。
激光器 掺钕磷酸盐玻璃 再生放大器 小尺度自聚焦效应 光光转换效率
Author Affiliations
Abstract
Department of Physics, State Key Laboratory on Fiber Optic Local Area Communication Networks and Advanced Optical Communication Systems, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
Self-focusing effect via Kerr nonlinearity is observed in periodically poled lithium niobate (PPLN) waveguide arrays formed by electro-optic effect. Voltage-control method is demonstrated to control the focusing and diffraction of light. Theoretical simulation results show good agreement with experimental results.
PPLN Kerr效应 孤子 自聚焦效应 190.3270 Kerr effect 160.2100 Electro-optical materials 190.6135 Spatial solitons 260.5950 Self-focusing Chinese Optics Letters
2011, 9(2): 021901
1 西安电子科技大学,技术物理学院501室,西安,710071
2 中国科学院西安光学精密机械研究所,瞬态光学与光子技术国家重点实验室,西安,710119
在入射能量不同的情况下,用近红外飞秒激光脉冲在重钡火石玻璃(ZBaF15)内部产生了色心和微爆,在熔融石英的内部产生了多次微爆现象.实验表明:入射能量较高时,色心的中间会产生微爆;在松聚焦条件下,一个飞秒激光脉冲在透明介质内会激发多次微爆.基于飞秒激光脉冲在透明介质内的自聚焦效应和自由电子等离子体的自散焦效应,理论分析了多次微爆产生的原因;也讨论了飞秒激光脉冲诱导玻璃折射率改变的机理.
飞秒激光脉冲 多次微爆 自聚焦效应 等离子体自散焦效应
