一種熱像效應(yīng)的數(shù)值計(jì)算研究與模擬軟件設(shè)計(jì).pdf

1、光束在通過具有Kerr非線性的介質(zhì)時(shí)將引起介質(zhì)的三階非線性極化。在入射光束預(yù)先受到小尺度散射物調(diào)制的情形下,這可能引起對激光系統(tǒng)的安全運(yùn)行具有很大的威脅性的高強(qiáng)度熱像的產(chǎn)生。研究小尺度散射物調(diào)制下的熱像效應(yīng)具有重要的理論價(jià)值和實(shí)踐意義,其主要的研究手段為計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算。目前對不透明散射物和相位型散射物調(diào)制情形的研究比較多,而對散射物導(dǎo)致增益的調(diào)制情形下的熱像效應(yīng)則研究得很少,此外多個(gè)散射物情形下的非線性成像特性也還不清楚。本文通過設(shè)計(jì)與

2、編碼實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算軟件,以數(shù)值模擬為主要手段對單個(gè)增益型散射物、兩個(gè)增益型散射物和兩個(gè)不透明散射物的熱像效應(yīng)展開研究。主要工作如下:
　　第一,開發(fā)了用于研究線狀散射物情形下的熱像效應(yīng)的計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算軟件。在光束非線性成像研究方面,許多問題無法通過理論處理的手段獲得解析解,從而必須借助計(jì)算機(jī)采用數(shù)值模擬方法獲得較精確的數(shù)值解。本文基于光束線性和非線性傳輸?shù)钠⒎址匠毯头蔷€性成像的基本傳輸模型設(shè)計(jì)開發(fā)了專門的計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算軟件。

3、此軟件能夠?qū)崿F(xiàn)非線性成像傳輸光路的可視化設(shè)計(jì)和數(shù)值模擬運(yùn)算,產(chǎn)生研究非線性成像特性所必須的基本結(jié)果,且全部提供圖形界面操作,簡便直觀。軟件采用了目前計(jì)算FFT速度較快的FFTW算法庫,在運(yùn)行時(shí)具有良好的性能。它能夠?qū)崿F(xiàn)在元器件內(nèi)部的某些相對傳播距離和在整個(gè)光路中的某些絕對傳播距離處對光場分布和光場相關(guān)的重要統(tǒng)計(jì)參量進(jìn)行跟蹤并產(chǎn)生相應(yīng)的結(jié)果數(shù)據(jù)文件。此外,它還實(shí)現(xiàn)了任意一個(gè)元器件中的單個(gè)參數(shù)或任意兩個(gè)元器件中的任意兩個(gè)參數(shù)步進(jìn)變化情況下的

4、批量化數(shù)值計(jì)算過程。用戶只需設(shè)置好相應(yīng)的參數(shù)變化范圍及步數(shù)即可。這可以為用戶避免繁瑣的操作,節(jié)省大量的時(shí)間,從而為研究線狀小尺度散射物調(diào)制下的熱像效應(yīng)提供了有力的工具。
　　第二,研究了單個(gè)增益型散射物、兩個(gè)平行增益型散射物和兩個(gè)不透明散射物情形下的非線性成像傳輸,揭示了新的傳輸現(xiàn)象和非線性成像特性。增益型散射物是指可能導(dǎo)致通過它的光場發(fā)生絕對或相對的增益的散射物。本文通過數(shù)值模擬手段對三種不同情形下的非線性成像過程進(jìn)行了系統(tǒng)的分

5、析。研究表明:對于單個(gè)增益型散射物情形,在散射物的共軛位置附近能產(chǎn)生熱像,但熱像條紋達(dá)到最大強(qiáng)度時(shí)對應(yīng)的平面的軸上位置有一定的差距。此外,在所考慮的參數(shù)條件下,熱像面往非線性介質(zhì)出射面約40cm處的平面內(nèi)能產(chǎn)生雙熱像這種新的傳輸現(xiàn)象。不過,在同樣的模擬參數(shù)條件下,熱像強(qiáng)度比雙熱像的強(qiáng)度要大一些;對于兩個(gè)增益型散射物情形,能夠形成各自的熱像,并且在特定的物距條件下還能形成中位熱像。在相同的模擬參數(shù)條件下,跟單個(gè)增益型散射物情形相比,熱像強(qiáng)