強(qiáng)激光非線性熱像效應(yīng)研究.pdf

1、高強(qiáng)度激光通過非線性介質(zhì)時，因受上游光學(xué)元件上的污點(diǎn)或缺陷等模糊斑調(diào)制，在下游會導(dǎo)致非線性熱像的形成，熱像強(qiáng)度可能達(dá)到光學(xué)元件的損傷閥值，從而造成元件的損壞。系統(tǒng)研究強(qiáng)激光非線性熱像效應(yīng)，研究結(jié)果對提高高功率激光系統(tǒng)的光束質(zhì)量和安全運(yùn)行性能有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價值。取得的創(chuàng)新性結(jié)果如下： 1．以往的熱像理論都將光束看作是無限寬的平面波，而且基于薄介質(zhì)近似，而實(shí)際光束的寬度總是有限的，介質(zhì)也有一定的厚度，因此，結(jié)合實(shí)際情況重

2、新考察基于理想情況的熱像理論對實(shí)際工作有指導(dǎo)意義。我們以高斯光束為例，研究了有限空間寬度的光束通過薄自聚焦介質(zhì)的熱像效應(yīng)，揭示了熱像位置和光強(qiáng)與光束寬度之間的關(guān)系，給出了用平面波近似處理有限束寬光束熱像問題的條件。此外，理論研究了光束通過厚介質(zhì)的熱像特性，得到了有、無增益和損耗厚介質(zhì)熱像光強(qiáng)表達(dá)式，給出了薄介質(zhì)近似的適用條件，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生最強(qiáng)熱像因而最具破壞威脅的模糊斑尺寸基本上與由小尺度自聚焦理論決定的最快增長小尺度調(diào)制尺寸相同。

3、 2．理論和數(shù)值模擬研究了非線性介質(zhì)級聯(lián)排布系統(tǒng)中的熱像形成的規(guī)律，對熱像在級聯(lián)排布介質(zhì)序列中奇特的元件損壞特征給出了合理的解釋，并給出了熱像隨介質(zhì)參數(shù)、系統(tǒng)布局等的變化關(guān)系。單個模糊斑在級聯(lián)克爾介質(zhì)中可引起多個熱像形成，一般來說，介質(zhì)片數(shù)越多，熱像個數(shù)越多，而熱像的具體數(shù)量則由介質(zhì)數(shù)量及模糊斑到第一片非線性介質(zhì)的距離與介質(zhì)間間距比較共同決定。隨著每片介質(zhì)引入的B積分的增加，熱像光強(qiáng)增強(qiáng)，而隨著相鄰介質(zhì)間間距的增加，熱像光強(qiáng)單調(diào)減小；當(dāng)

4、輸入光強(qiáng)給定時，隨介質(zhì)厚度的增加，B積分增加，熱像強(qiáng)度單調(diào)增加，而若介質(zhì)引入的B積分給定，則隨著介質(zhì)厚度的增加，由于調(diào)制增長截止頻率隨介質(zhì)厚度的增加而減小，熱像光強(qiáng)單調(diào)減弱。 3．普遍認(rèn)為熱像是小尺度自聚焦的一種特殊形式，而自聚焦效應(yīng)一般在強(qiáng)激光通過自聚焦介質(zhì)時才會發(fā)生。我們首次發(fā)現(xiàn)強(qiáng)激光通過自散焦介質(zhì)時也會產(chǎn)生熱像現(xiàn)象，其原因是自散焦介質(zhì)非線性熱像的形成，類似于實(shí)時在線的相位全息成像，非線性自散焦介質(zhì)起全息記錄片的作用。進(jìn)一步

5、的理論和數(shù)值研究表明，合理設(shè)置介質(zhì)參數(shù)，能夠利用自散焦介質(zhì)抑制強(qiáng)激光通過非線性自聚焦介質(zhì)的熱像形成。 4．寬帶光束是目前高功率固體激光驅(qū)動器的發(fā)展方向，已有的強(qiáng)激光非線性熱像理論都是針對單縱模激光的，我們開展了寬帶光束熱像的實(shí)驗研究。對于單片非線性介質(zhì)，實(shí)驗上首次發(fā)現(xiàn)了二級熱像；并且，隨著入射光束功率的增加，一、二級熱像均逐漸增強(qiáng)并最后達(dá)到某飽和光強(qiáng)值，而隨著介質(zhì)厚度的增加，若入射功率一定，則熱像不斷增強(qiáng)，若B積分一定，則熱像的