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，研究寬頻帶激光脈沖的傳輸和聚焦特性對于高功率激光系統(tǒng)的總體設(shè)計、性能優(yōu)化和安全運(yùn)行等具有重要現(xiàn)實意義。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?，取得如下結(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)值計算算法和程序。特別是

2、，為提高寬帶激光4維時空傳輸?shù)臄?shù)值模擬計算速度，開發(fā)了基于Dini級數(shù)展開的準(zhǔn)離散Hankel變換算法，該算法不僅能直接計算對稱軸上點的值，而且能高保真地進(jìn)行許多次變換，對模擬計算寬帶激光在圓對稱系統(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。同時定性地得出了帶寬對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（λ0是光束的中心波長），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)計參數(shù)的選擇提供參考依據(jù)。 第三，研究了寬帶激光通過平板色散介質(zhì)的空域、頻域和時域特性，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)出了寬帶激光通過色散楔的傳輸方程，發(fā)現(xiàn)一定的帶寬對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使脈沖的時間波形產(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對應(yīng)的焦點附近的聚焦行為。 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