寬帶脈沖激光的傳輸和聚焦特性研究.pdf

1、寬頻帶超短激光脈沖技術(shù)是當(dāng)今重大科學(xué)前沿領(lǐng)域之一。同時(shí)，研究寬頻帶激光脈沖的傳輸和聚焦特性對(duì)于高功率激光系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、性能優(yōu)化和安全運(yùn)行等具有重要現(xiàn)實(shí)意義。本論文采用解析和數(shù)值模擬方法，研究了寬頻帶激光束線性傳輸?shù)目臻g與時(shí)間特性，以及在Kerr介質(zhì)和負(fù)折射率介質(zhì)中非線性傳輸?shù)淖跃劢固匦裕〉萌缦陆Y(jié)果： 第一，基于單色光的傳輸理論，推導(dǎo)出了寬帶激光通過(guò)線性介質(zhì)、透鏡和空間濾波器的傳輸方程，并發(fā)展了相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算算法和程序。特別是

2、，為提高寬帶激光4維時(shí)空傳輸?shù)臄?shù)值模擬計(jì)算速度，開(kāi)發(fā)了基于Dini級(jí)數(shù)展開(kāi)的準(zhǔn)離散Hankel變換算法，該算法不僅能直接計(jì)算對(duì)稱軸上點(diǎn)的值，而且能高保真地進(jìn)行許多次變換，對(duì)模擬計(jì)算寬帶激光在圓對(duì)稱系統(tǒng)中的傳輸，特別是非線性傳輸具有十分重要的意義。 第二，研究了寬帶激光束通過(guò)自由空間和空間濾波器傳輸?shù)恼{(diào)制特性，用數(shù)值方法得出了調(diào)制深度與菲涅爾數(shù)F和衍射極限倍數(shù)M的定量關(guān)系。同時(shí)定性地得出了帶寬對(duì)光束空間均勻性的影響，發(fā)現(xiàn)帶寬越大，

3、光束空間橫截面的均勻性越好。進(jìn)一步通過(guò)解析方法得到了寬帶激光自由空間傳輸消除菲涅爾衍射的條件，發(fā)現(xiàn)當(dāng)帶寬△λ=2λ0/F時(shí)（λ0是光束的中心波長(zhǎng)），菲涅耳衍射完全消失。這些定量關(guān)系可為高功率激光系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇提供參考依據(jù)。 第三，研究了寬帶激光通過(guò)平板色散介質(zhì)的空域、頻域和時(shí)域特性，得到了衍射環(huán)數(shù)、高斯光束空間光腰和脈沖展寬與帶寬和介質(zhì)厚度的關(guān)系；導(dǎo)出了寬帶激光通過(guò)色散楔的傳輸方程，發(fā)現(xiàn)一定的帶寬對(duì)光束的空間分布有很好的平滑

4、作用，但在不同位置它同時(shí)使脈沖的時(shí)間波形產(chǎn)生不同程度的失真；在考慮高階色散的情形下，研究了透鏡的聚焦特性，得到了透鏡在光束中心波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的焦點(diǎn)附近的聚焦行為。 最后，研究了寬帶激光的非線性熱像現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)寬帶激光的帶寬對(duì)非線性熱像有一定程度的抑制作用，但效果不明顯?？紤]到雙色散楔不僅對(duì)光束的空間分布有很好的平滑作用，而且還可避免脈沖波形的失真，進(jìn)一步研究了在光路中加入雙色散楔來(lái)抑制非線性熱像形成的方案，發(fā)現(xiàn)隨著色散楔頂角的增大，熱像