非线性介质中强光对弱光聚焦的控制研究

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近年来,高功率超短激光脉冲在非线性介质中传输时所体现的丰富的非线性效应引起了人们的广泛研究,而高功率超短激光脉冲传输与控制技术也成为了实验研究、工业应用及国防军事领域中不可缺少的部分,尤其是全光网络的开发更是引起了人们对全光开关极大的兴趣。与传统的电控光开关相比,光控光开关具有响应时间快,开关功率低等优势。因此,利用光束耦合传输来实现强光对弱光的控制是值得我们进行深入探索的。首先,理论分析了耦合光束在自聚焦介质中诱导聚焦的传输过程,得到了弱探测光束宽与焦点的计算公式。从光束非线性自聚焦和交叉相位调制理论出发,推导出弱探测光在强泵浦光诱导非线性作用下光束变化的解析表达式。发现探测光束宽受泵浦光入射功率、初始束宽及自身参数的共同影响,聚焦的长度正比于泵浦光初始束宽,反比于入射功率。其次,系统分析了弱探测光束宽、焦距和聚焦效率随泵浦光入射功率、初始束宽及中心波长的变化情况,并得到了弱探测光诱导聚焦的控制条件。基于能完整解释衍射,自聚焦和色散效应的非线性薛定谔传输方程与分步傅里叶算法,分别计算求解并模拟了泵浦光入射功率、初始束宽及中心波长对探测光束宽及焦斑位置的影响,并在实验上得到部分验证。结果表明弱探测光焦点位置随泵浦光入射功率增加而减小,随入射光束初始束宽增大而增大,与上述理论结果一致。聚焦效率及位置控制过程可以概括为:匹配上述三个影响因素的大小关系,使它们对光束扩散作用和聚焦作用进行有效的控制。最后,研究弱探测光在自聚焦介质中时空耦合传输过程时,束宽大小及聚焦效率随泵浦光入射功率、初始束宽、形状及初始脉宽的变化,并且在实现焦斑位置控制的同时,保证聚焦效率。从光束传输方程出发,以光束空间对比度为参考标准,通过数值模拟分析得到弱探测光在自聚焦介质中时空耦合传输时,聚焦效率随泵浦光入射功率增加而增大,随初始束宽增加而减小,随初始脉宽增加而增大。最后我们还发现探测光的形状也能在泵浦光的诱导下发生改变。
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