強光束非線性傳輸?shù)目臻g特性及其控制研究.pdf

1、激光光束的傳輸與控制是高功率激光驅(qū)動器創(chuàng)新發(fā)展的核心關(guān)鍵技術(shù)。研究高功率激光非線性傳輸?shù)目臻g特性及其控制措施對提高高功率激光驅(qū)動器的運行通量、保障系統(tǒng)運行安全等具有十分重要的理論和實際意義。本論文主要探索了利用光束的帶寬和最新的左手介質(zhì)的獨特光學(xué)特性控制光束非線性傳輸?shù)目臻g特性的基本原理和規(guī)律，獲得了若干創(chuàng)新性的成果，主要體現(xiàn)在如下三個方面： 第一，盡管窄帶激光脈沖放大和傳輸?shù)臄?shù)值模擬和程序編碼已較為成熟，但由于寬帶光束的脈沖寬

2、度和帶寬的特殊性，其非線性傳輸?shù)臄?shù)值模擬和算法尚處于探討階段。本論文基于寬帶光束非線性傳輸?shù)睦碚撃Ｐ妥灾鏖_發(fā)了寬帶光束非線性傳輸?shù)臄?shù)值模擬程序，為研究高功率激光非線性傳輸?shù)目臻g特性及其控制提供了可靠的模擬計算工具。該程序具有圖形界面交互式操作、結(jié)果可視化等特點，能夠模擬窄帶和寬帶光束的各種線性和非線性傳輸特性。 第二，寬帶激光是高功率超強激光驅(qū)動器的一個重要發(fā)展方向，寬頻帶激光驅(qū)動器中光束的傳輸與常規(guī)的窄帶系統(tǒng)有很大區(qū)別，而寬帶

3、光束熱成像這一非線性傳輸現(xiàn)象尚沒有被系統(tǒng)研究過。本論文研究了寬帶光束熱成像的機理和特點，發(fā)現(xiàn)一定的帶寬能抑制熱像的形成，定量揭示了啁啾型帶寬和變換極限型帶寬對熱像的控制規(guī)律。 利用數(shù)值方法對寬帶和窄帶光束熱成像進行了比較研究，發(fā)現(xiàn)寬帶光束的熱成像位置和窄帶光束基本相同，但寬帶光束的熱像強度比窄帶光束低很多，說明一定的寬帶能很好地抑制非線性熱像的形成。其次，通過改變脈沖啁啾和脈沖寬度兩種方式分別定量揭示了帶寬對熱成像和光束勻滑的影

4、響，發(fā)現(xiàn)不同帶寬情形下熱像的位置基本相同，均處于共軛位置處；熱像的光強和熱像處光束的調(diào)制對比度隨著啁啾值的增大而降低、隨脈沖寬度的增大而增大。特別是，我們發(fā)現(xiàn)，入射光束的時間寬度是影響帶寬對熱像的控制效果的最主要因素，時間寬度越大，帶寬對熱像的控制作用越小。對于二級熱像，得到了類似結(jié)果，但在入射光束時間寬度較大時正、負啁啾型帶寬都可以抑制二級熱像。此外，還研究了入射功率、散射物的特性和介質(zhì)的色散對寬帶光束熱成像的影響規(guī)律。 第三

5、，左手介質(zhì)是一種具有人工設(shè)計的結(jié)構(gòu)并呈現(xiàn)出天然和常規(guī)介質(zhì)所不具備的超常物理性質(zhì)的復(fù)合材料。左手介質(zhì)不僅具有很多與常規(guī)右手介質(zhì)完全相反的光學(xué)特性，更重要的是它具有很強的獨特的操控光的能力，將在控制光束的空間特性方面發(fā)揮重要作用。我們建立了寬帶光束在非線性左手介質(zhì)中傳輸?shù)睦碚撃Ｐ?，揭示了高斯光束在左手介質(zhì)中非線性傳輸?shù)幕疽?guī)律，提出并從理論上論證了用左手介質(zhì)片控制強光束空間特性的思路。 借助脈沖光束在常規(guī)介質(zhì)中非線性傳輸?shù)幕纠碚摚?/p>

6、并結(jié)合左手介質(zhì)的電磁色散特性，推導(dǎo)出了左手介質(zhì)中寬帶光束(3+1)維非線性傳輸模型，發(fā)現(xiàn)左手介質(zhì)中色散磁導(dǎo)率的作用導(dǎo)致在傳輸模型中出現(xiàn)反常自陡峭效應(yīng)項和類似于高階色散特性的非線性效應(yīng)項?；诮⒌哪Ｐ?，揭示了一維時間孤子傳輸?shù)姆闯Ｑ舆t，研究了非線性左手介質(zhì)中高斯光束的自聚焦和自散焦現(xiàn)象，得到了自聚焦焦點位置的表達式和自聚焦效應(yīng)受調(diào)控的規(guī)律。結(jié)果表明，入射光束的會聚特性和左手介質(zhì)的磁導(dǎo)率對自聚焦和自散焦等非線性過程有很強的調(diào)控作用。此外，