強(qiáng)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(dòng)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(duì)提高高功率激光驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行通量、保障系統(tǒng)運(yùn)行安全等具有十分重要的理論和實(shí)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(dú)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(gè)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(jì)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(diǎn)，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(qiáng)激光驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)重要發(fā)展方向，寬頻帶激光驅(qū)動(dòng)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(jī)理和特點(diǎn)，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(duì)熱像的控制規(guī)律。 利用數(shù)值方法對(duì)寬帶和窄帶光束熱成像進(jìn)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(qiáng)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(duì)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(qiáng)和熱像處光束的調(diào)制對(duì)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(shí)間寬度是影響帶寬對(duì)熱像的控制效果的最主要因素，時(shí)間寬度越大，帶寬對(duì)熱像的控制作用越小。對(duì)于二級(jí)熱像，得到了類似結(jié)果，但在入射光束時(shí)間寬度較大時(shí)正、負(fù)啁啾型帶寬都可以抑制二級(jí)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(duì)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(jì)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(qiáng)的獨(dú)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(qiáng)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(xiàng)和類似于高階色散特性的非線性效應(yīng)項(xiàng)?；诮⒌哪Ｐ停沂玖艘痪S時(shí)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(diǎn)位置的表達(dá)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(huì)聚特性和左手介質(zhì)的磁導(dǎo)率對(duì)自聚焦和自散焦等非線性過程有很強(qiáng)的調(diào)控作用。此外，