納米懸濁液及空氣中激光束自會聚效應(yīng)研究.pdf

1、進(jìn)入21世紀(jì)以來,激光技術(shù)在以激光加工為代表的民用領(lǐng)域和以激光武器為代表的國防領(lǐng)域,得到高度重視并獲得長足進(jìn)步。但同時,也對提高激光器輸出功率和光束質(zhì)量,及對改善激光傳輸特性與探索新的操控方式,提出了緊迫需求。本文在此需求背景下,從探索激光束在不同介質(zhì)中傳輸時可能發(fā)生的自會聚效應(yīng)入手,實(shí)驗(yàn)研究并提出了可提高激光遠(yuǎn)場功率密度的新方法、新途徑與應(yīng)用方向。
　　分步傅里葉算法是全文模擬激光束傳輸過程的基本方法,艾里光束是研究激光束在空氣

2、自會聚的基礎(chǔ)。因此,論文首先介紹了分步傅里葉理論模擬算法的基本思想、求解過程和結(jié)果;基于理論模擬和相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,簡要論述了艾里光束發(fā)展概況、基本理論、實(shí)驗(yàn)結(jié)論和基本特性。
　　從分析正、負(fù)極化納米懸濁液中光束對納米微粒的梯度力入手,建立了激光束在納米懸濁液中傳輸?shù)姆蔷€性理論模型,進(jìn)行了激光束在負(fù)極化納米懸濁液中自會聚效應(yīng)的仿真模擬;分別制備了多種濃度的正、負(fù)極化納米懸濁液樣品,實(shí)驗(yàn)上通過分析和觀察光束側(cè)向和橫向的傳輸行為,觀察到了

3、激光束在負(fù)極化納米懸濁液中的自會聚效應(yīng),驗(yàn)證了此自會聚效應(yīng)穩(wěn)定抑制光束衍射的預(yù)測;通過對比正、負(fù)極化納米懸濁液在不同非線性條件下的光強(qiáng)透過率,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了負(fù)極化納米懸濁液中光束的自感應(yīng)透明效應(yīng)。
　　分析了空氣中構(gòu)建自會聚光束的基本條件和理論基礎(chǔ),仿真了自會聚光束的傳輸過程,設(shè)計并建立了產(chǎn)生自會聚光束的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),采用計算機(jī)產(chǎn)生全息膜片技術(shù)和液晶空間光調(diào)制技術(shù),在實(shí)驗(yàn)上產(chǎn)生了自會聚光束,并驗(yàn)證了它的急劇會聚和會聚后蛻化成貝塞爾光束的特

4、性;為了加深對自會聚光束蛻化特性的理解和拓展其潛在應(yīng)用機(jī)制,理論上推導(dǎo)了自會聚光束的遠(yuǎn)場衍射結(jié)果,實(shí)驗(yàn)上探討并實(shí)現(xiàn)了它對非吸收型微粒流的主動導(dǎo)引作用。
　　基于艾里光束的無衍射、自彎曲和自修復(fù)傳輸特性,提出了4路和8路一維艾里光束陣列合成自會聚光束的基本思路和原理,采用分步傅里葉算法仿真了合成的過程,搭建了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了多路艾里光束合成的自會聚光束;發(fā)現(xiàn)了8路艾里光束合成的自會聚光束蛻化成“瓶子串”光束的現(xiàn)象,并實(shí)現(xiàn)

5、了對多個吸收型微粒的捕獲;采用酒精燈烤熱鋁箔的方法,在激光束傳輸路徑上模擬了氣流場,通過與高斯光束對比,驗(yàn)證了合成自會聚光束的抗氣流擾動特性;此外,實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了對合成自會聚光束會聚位置的控制及傳輸方向的非機(jī)械偏轉(zhuǎn)。
　　為了拓展自會聚光束的應(yīng)用機(jī)制,實(shí)驗(yàn)研究了高功率密度激光束對吸收型微粒的捕獲和推動。實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了會聚型激光束對不規(guī)則、吸收型微粒的捕獲,設(shè)計了一系列實(shí)驗(yàn),基于光泳力的作用機(jī)理,證明了此捕獲機(jī)制與傳統(tǒng)機(jī)制的不同,分析論述了