中国工程物理研究院应用电子学研究所，四川 绵阳 621900
激光在气体介质中传输时，气体吸收激光能量导致折射率变化，形成气体热效应，降低光束质量。针对这一问题，介绍了光‐流‐热耦合效应理论，建立了椭圆形高斯激光束的合束传输热耦合效应仿真模型。通过数值仿真分析了长方体封闭空间中由激光加热诱导的自然对流现象及流场对光束传输影响的变化过程，研究了热效应的影响因素。结果表明，气体对激光能量的吸收会导致光轴偏转，光束质量下降，远场光斑形态发生改变；封闭空间内热效应自然对流导致的光束质量下降呈先增加再减少后稳定的趋势；通过改善介质吸收和流场分布，可以有效改善气体热效应对光束质量的不利影响；合束过程中的流场分布和光束质量变化比单束光路情况下复杂。
激光光学 激光合束 光束传输 热效应 光束质量 中国激光
2023, 50(13): 1305002
1 太原师范学院物理系 山西 晋中 030619
2 太原师范学院计算机系 山西 晋中 030619
3 山西大学理论物理研究所 山西 太原 030006
基于变系数的分数阶导数薛定谔方程, 采用分步傅里叶算法研究了余弦高斯光束的传输和相互作用。在线性情况下, 单束无啁啾余弦高斯光束在传输过程中分成两束相同的高斯光束并形成Y形光束结构, 而啁啾余弦高斯光束在传输过程中产生两束不对称的光束。当莱维指数为1时, 两束啁啾余弦高斯光束相互作用之后形状保持不变。此外, 余弦高斯光束在周期函数、线性函数和幂函数形式调制的分数衍射作用下, 其传输结果分别展现出周期性的结构、抛物轨迹传输以及形状不变的传输。在非线性情况下, 饱和非线性效应破坏余弦高斯光束的周期性结构, 同时抑制余弦高斯光束的传输展宽。
分数衍射效应 余弦高斯光束 光束传输 相互作用 饱和非线性效应 fractional diffraction effect cosine-Gaussian beam beam propagation interaction saturation nonlinear effect
1 湖北工业大学机械工程学院现代制造质量工程湖北省重点实验室，湖北 武汉 430068
2 湖北工业大学理学院，湖北 武汉 430068
提出了一种基于组合光栅的任意形状光束整形方法。在需要整形的几何形状的内外分别设计不同的光栅并形成相位全息图，将相位全息图加载到相应的光路上就可整形出想要的形状。其中：外部闪耀光栅将入射高斯光束分成0级和非0衍射级，利用光阑阻挡非0级光束，获得所需形状的0级光束；内部光栅分别采用了渐变二元光栅和渐变正交光栅，它们能够改善几何掩模内部区域的能量分布，获得均匀性较好的平顶光束。实验结果表明，该方法可以获得任意形状、边缘陡峭、均匀性高的平顶光束，能量利用率可达43.71%，最小不均匀性为2.12%。该方法在激光加工领域具有良好的应用前景。
光束传输 渐变二元光栅 渐变正交光栅 激光加工 中国激光
2022, 49(13): 1305001
福建师范大学光电与信息工程学院激光与光电子技术研究所，光子技术福建省重点实验室，医学光电科学与技术教育部重点实验室，福建 福州 350007
傍轴近似常被用于光束传输理论的表达，数值计算常被用于非傍轴光束的传输特性分析。为了使一维会聚非傍轴高斯光束的传输特性更加简明，本文基于倾斜因子由观察方倾斜角余弦平方根表达的非傍轴衍射积分公式，给出了符合行波场辐射能守恒定律的一维会聚非傍轴高斯光束的焦平面光场分布表达，同时给出了焦点附近一维会聚非傍轴高斯光束的轴上点光强和相位特性表达。当一维会聚非傍轴高斯光束的最大倾斜角远大于高斯光束的远场发散角时，合理的观察方倾斜因子可将高斯光束传输特性从傍轴领域延拓到非傍轴领域。本文阐明了一维会聚非傍轴高斯光束的传输特性，并验证了用观察方倾斜角余弦平方根表达观察方倾斜因子的合理性。
衍射 光束传输 倾斜因子 非傍轴 高斯光束 聚焦
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
在激光惯性约束核聚变(ICF)实验中,为了满足打靶光束动态聚焦的需求,提出了通过时空复合激光预放大系统实现动态聚焦的技术路线。基于菲涅耳衍射传输理论,利用快速傅里叶变换的数值模拟方法,建立了时空复合光束的传输模型,分析了滤波器小孔尺寸、软化因子、消光比以及相位差等多种因素对时空复合光束传输效果的影响,并进行了实验验证。初步实验结果与模拟结果较为吻合,这可有效支撑对时空复合光束各项传输参数的优化,为后续时空复合光束的传输放大提供指导。所提出的技术下一步将用于高功率激光装置预放段的时空复合系统,支持高功率激光装置动态聚焦打靶实验研究。
激光光学 时空复合 预放系统 动态聚焦 光束传输 激光放大器 中国激光
2021, 48(24): 2405001
1 海军装备部装备保障大队, 北京 100084
2 华中光电技术研究所 — 武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
以广义惠更斯-菲涅尔衍射理论为基础, 采用Zernike多项式描述像差光束畸变波前相位, 研究超高斯光束因卡式系统加工和装调导致波像差劣化后, 通过传输在远场聚焦性能。分析主次镜系统波像差下降到1/13λ左右时, 对应像散和慧差对聚焦位置处光强分布和光斑桶中功率PIB影响。结果表明：相对理想系统, 像差会导致聚焦位置处光束展宽, 80%处桶中功率PIB下降明显, 但对应95%能量范围光斑直径在设计值允许范围内, 仍然满足总体使用要求。
高功率激光 光束质量 桶中功率 光束传输 high-power laser beam quality the power in the bucket beam propagation
林彦吕 1,2,3黄梓楠 1,2,3黄千千 1,2,3戴礼龙 1,2,3[ ... ]牟成博 1,2,3,*
1 上海大学通信与信息工程学院特种光纤与光接入网重点实验室, 上海 200444
2 上海大学上海先进通信与数据科学研究院, 上海 200444
3 上海大学特种光纤与先进通信国际合作联合实验室, 上海 200444
4 华中科技大学光学与电子信息学院下一代互联网接入系统国家工程实验室, 湖北 武汉 430074
采用由一对保偏45°倾斜光纤光栅构成的Lyot滤波器,设计了一台脉冲态可切换的掺镱光纤激光器。该Lyot滤波器集成了起偏器和梳状滤波器的功能,为激光器实现耗散孤子锁模提供了光谱滤波效应,从而使激光器产生了中心波长为1038.82 nm、脉冲宽度为5.2 ps的耗散孤子脉冲。随着泵浦功率的增加,非线性偏振旋转反馈机制的切换导致激光器的锁模脉冲态发生了耗散孤子脉冲与类噪声脉冲之间的多重切换。脉冲态切换过程中仅需调节泵浦功率,而不需要改变偏振控制器的状态。该脉冲态可切换激光器可以用于设计更精准可控的多功能光源。
光栅 光束传输 倾斜光纤光栅 掺镱光纤激光器 非线性偏振旋转 耗散孤子 中国激光
2021, 48(19): 1901004
强激光与粒子束
2021, 33(8): 081002
山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室极端光学协同创新中心, 山西 太原 030006
提出通过单个空间光调制器制备厄米高斯(HG)光束的方法,理论上分析了输入光束空间横向分布与模式转换效率的关系,实验上采用最佳的椭圆形光斑入射,获得了高质量的HG6,0、HG8,0、HG10,0模光场,纯度分别为96.2%,94.9%,93.4%,并且HG10,0模的转换效率达到了14.45%,输出功率为217 mW,其转换效率较传统的基模高斯光束入射时提高了5.6倍。此高质量及高效的高阶厄米高斯光束制备方法,有望应用于高阶空间压缩态光场制备和空间小位移精密测量等方面。
光束传输与控制 厄米高斯光场 空间光调制器 空间压缩态
浙江工业大学信息工程学院光纤通信与信息工程研究所, 浙江 杭州 310023
以最小周期单元包含5个格点的新型Lieb晶格(Lieb-5)为平台,将Lieb-5晶格的格点根据其空间位置分成中心格点和边缘格点,用光束传输法研究具有不同强度值的两组格点对异相八极光束传输的影响。仿真结果表明:无论是采用格点入射还是非格点入射,当中心格点的强度小于边缘格点的强度(两组格点强度为2∶3)时,光束在传输过程中始终保持八峰形状,呈现出强局域性;否则,光束在传播过程中无法始终保持八峰结构,入射格点之间的能量随着传播距离的增加而呈周期性地相互耦合,呈现出一种弱局域性;原因是Lieb-5晶格特有的拓扑结构产生的几何阻挫性能抑制了光束的离散衍射,若晶格的束缚性、光束的衍射效应和异相光束的相互作用达到平衡,则能保持八峰结构,否则光束不能始终保持八峰结构。
非线性光学 Lieb晶格 光束传输法 异相八极光束
