基于光線(xiàn)光學(xué)的強(qiáng)激光自聚焦現(xiàn)象的仿真與分析.pdf

1、在研究強(qiáng)激光系統(tǒng)時(shí)，非線(xiàn)性自聚焦對(duì)光傳輸?shù)挠绊懯潜仨毧紤]的，因?yàn)楫?dāng)強(qiáng)激光通過(guò)介質(zhì)發(fā)生自聚焦時(shí)，會(huì)使得某些位置的光功率密度迅速提高，可能造成固體材料的不可逆損傷。通過(guò)對(duì)包含線(xiàn)性及非線(xiàn)性介質(zhì)的實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行仿真，根據(jù)仿真結(jié)果來(lái)判斷系統(tǒng)中的哪些部件最可能受到自聚焦的影響，從而改進(jìn)系統(tǒng)參數(shù)來(lái)消除不利影響，就有可能優(yōu)化設(shè)計(jì)強(qiáng)激光系統(tǒng)。目前的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件大多基于光線(xiàn)光學(xué)，能夠?qū)H含線(xiàn)性介質(zhì)的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。因此，利用光線(xiàn)光學(xué)仿真非線(xiàn)性自聚焦介質(zhì)

2、中的光傳輸，并與現(xiàn)有光學(xué)設(shè)計(jì)軟件結(jié)合，就可以仿真實(shí)際強(qiáng)激光系統(tǒng)，這對(duì)這類(lèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試有重要的意義。
　　 非線(xiàn)性介質(zhì)中的光線(xiàn)追跡可以轉(zhuǎn)換為線(xiàn)性介質(zhì)的光線(xiàn)追跡加上光強(qiáng)分布對(duì)折射率分布的調(diào)制作用，即把非線(xiàn)性介質(zhì)分為許多小段，將每一小段看作是線(xiàn)性介質(zhì)并進(jìn)行光線(xiàn)追跡，而在每一段的端面上進(jìn)行光強(qiáng)分布和折射率分布的計(jì)算。光線(xiàn)追跡時(shí)采用了顯式亞當(dāng)斯法求解光線(xiàn)方程，解決了龍格庫(kù)塔法不適用于非線(xiàn)性光線(xiàn)追跡的問(wèn)題。用網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)方法求光強(qiáng)分布時(shí)會(huì)產(chǎn)

3、生量化誤差，為此，我們提出基于梯度信息的光強(qiáng)分布恢復(fù)算法，有效地抑制了量化誤差。仿真結(jié)果顯示，光束在自聚焦過(guò)程中會(huì)形成多個(gè)焦點(diǎn)，且第一個(gè)焦點(diǎn)位置隨光功率的提高而更靠近入射位置，此外，由于光束橫截面不同位置的折射率梯度不一樣，因此可能形成局部光束，當(dāng)局部光束足夠強(qiáng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生側(cè)向發(fā)散的細(xì)光束。為了說(shuō)明光線(xiàn)光學(xué)仿真方法的優(yōu)點(diǎn)，我們采用光束傳輸法對(duì)自聚焦進(jìn)行了仿真，并將它與光線(xiàn)光學(xué)方法進(jìn)行了對(duì)比。最后，利用一個(gè)包含了球面、非球面面型的線(xiàn)性介質(zhì)和非