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厚介质情况下激光“热像”演化规律的数值研究

彭涛  赵建林  谢良平  叶知隽  李强  粟敬钦  
【摘要】:“热像”效应是一种特殊的小尺度自聚焦现象,它不仅仅破坏非线性介质本身,而且更容易破坏介质后方特定位置处的光学元件。以前得到的“热像”强度和位置的解析表达式均建立在薄片近似基础上,其适用范围受到限制,因此需通过数值模拟加以修正。本文从“热像”形成的衍射理论模型出发,以分步傅里叶算法为基础,用matlab语言编写相关程序模拟厚介质情况下形成的“热像”。重点研究了散射点调制系数(包括振幅调制,相位调制),散射点与介质距离,散射点尺寸,入射光强等参数的变化对“热像”点位置以及强度的影响,并以模拟所得结果与解析理论进行对比。得出如下规律:①振幅调制和相位调制对“热像”位置影响不大。随着振幅调制系数的增大,“热像”强度呈下降趋势; 而随着相位调制的增大,“热像”强度呈上升趋势,并且相位调制对“热像”的影响显著。这种变化趋势与薄片近似下的解析理论所揭示的规律基本一致,但“热像”强度值与解析理论结果尚有较大偏差; ②某些调制下,在“热像”位置与非线性介质后表面之间还有第二个光强峰值出现,该点的位置与二级“热像”的理论预言基本一致。在某些特定调制下,其强度为初始光强的数倍,这同样会对位于该处的光学元件造成光损伤。③在一定范围内,“热像”强度随散射点尺寸的增大而增大。但当散射点的尺寸大到一定程度时,光强的峰值反而有减小的趋势,这与解析理论结果有较大的偏差。④入射光强(B 积分)的增大对“热像”位置没有变化,但是对强度的影响非常显著,基本符合解析理论的得出的变化趋势。除此之外,对散射点位于介质表面这一特殊情况进行了研究。发现在某种调制下,介质后表面及其附近也有光强的峰值出现。

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