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是當今重大科學前沿領域之一。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)的總體設計、性能優(yōu)化和安全運行等具有重要現實意義。本論文采用解析和數值模擬方法，研究了寬頻帶激光束線性傳輸的空間與時間特性，以及在Kerr介質和負折射率介質中非線性傳輸的自聚焦特性，取得如下結果： 第一，基于單色光的傳輸理論，推導出了寬帶激光通過線性介質、透鏡和空間濾波器的傳輸方程，并發(fā)展了相應的數值計算算法和程序。特別是

2、，為提高寬帶激光4維時空傳輸的數值模擬計算速度，開發(fā)了基于Dini級數展開的準離散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的調制特性，用數值方法得出了調制深度與菲涅爾數F和衍射極限倍數M的定量關系。同時定性地得出了帶寬對光束空間均勻性的影響，發(fā)現帶寬越大，

3、光束空間橫截面的均勻性越好。進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)現當帶寬△λ=2λ0/F時（λ0是光束的中心波長），菲涅耳衍射完全消失。這些定量關系可為高功率激光系統(tǒng)設計參數的選擇提供參考依據。 第三，研究了寬帶激光通過平板色散介質的空域、頻域和時域特性，得到了衍射環(huán)數、高斯光束空間光腰和脈沖展寬與帶寬和介質厚度的關系；導出了寬帶激光通過色散楔的傳輸方程，發(fā)現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象，發(fā)現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)現隨著色散楔頂角的增大，熱像