环形光斑激光束在非线性克尔介质中的分束效应

环形光斑激光束在非线性克尔介质中的分束效应

一、环形斑激光束在非线性克尔介质中的光束分裂效应(论文文献综述)

杨景财[1](2021)在《可调谐笼目晶格中的锥形衍射》文中指出光在光子晶体中产生形似“漏斗状”的锥形光,锥形光的圆环半径随着传播距离不断增大,但是环的厚度不发生改变,这种现象称之为光子晶体中的锥形衍射。光子晶体的锥形衍射在光学捕获、与自由空间光通信等方面有很大的应用潜力,因此锥形衍射成为近几年的研究热点。光子晶体中锥形衍射现象存在的根本原因在于光子晶体的能带中存在着狄拉克锥。当狄拉克锥态被激发时,就会出现锥形衍射现象。根据狄拉克锥的费米面几何形状的不同,可以把狄拉克锥分为三种类型:类型I,类型II,以及类型III。激发不同类型的狄拉克锥会产生不同的锥形衍射现象。当类型I的狄拉克锥被激发时,在不考虑非线性的情况下,通常产生具有对称结构的圆锥形光;类型II以及类型III的狄拉克锥被激发时将产生非对称的圆锥形光。为大家所熟知的是,Kagome晶格是一个三角形的布拉伐晶格,它的三点基底构成了一个阴影三角形,这种结构与自然界中“焦绿泥石”的结构相对应。由于Kagome晶格独特的性质,它是一种被用来理论研究的典型晶格,特别是将它作为一种原型系统来对几何受挫磁性进行研究。此外,Kagome晶格也可以理解为三角形中心位于晶格格点的蜂巢晶格。与所有狄拉克材料一样,在它的能带中也存在狄拉克锥,而且Kagome晶格中的锥形衍射到目前为止还没有被研究过。因此,Kagome晶格也是研究锥形衍射效应的理想材料。本文主要的研究内容包括以下两个方面:(1)研究Kagome晶格的能带结构获得狄拉克锥态,然后激发狄拉克锥态产生锥形衍射,最后讨论可饱和吸收和克尔非线性效应对锥形衍射的影响。研究结果表明:在线性条件下可以实现完美的锥形衍射,当引入非线性效应时,随着非线性效应的增加,完美圆锥衍射逐渐演变为三角形结构直至消失,但是对于无论何种类型的非线性效应来说,锥形衍射图样的扩散方向仅由自聚焦效应或自散聚焦效应所决定。(2)基于圆环光束构建光学晶格,调节圆环光束的半径实现从蜂巢晶格到Kagome晶格的连续可调谐,分析晶格的能带结构提取狄拉克锥态,进而产生不同的锥形衍射现象。本论文的主要章节包括以下5部分:1.首先介绍了光子晶体中锥形折射、锥形衍射的基本原理,其次着重介绍国内外近些年光子晶体中锥形衍射的研究动态。2.简要介绍计算光子晶体能带的方法,比如:紧束缚方法、平面波展开法、时域有限差分法以及传输矩阵法;介绍了分步傅里叶算法以及光子晶格中可能存在的各种非线性效应。3.数值模拟了Kagome晶格中的锥形衍射现象,并讨论了非线性效应对产生锥形衍射的影响。4.基于圆环光束构建光子晶体,改变圆环半径实现光子晶格的可调谐,数值模拟了不同光子晶格下的锥形衍射现象。5.总结与展望。

周勇[2](2021)在《倏逝场在原子介质中非线性传播特性研究》文中提出光与物质相互作用的研究一直是备受人们关注的领域。近年来,随着人们对微纳光子器件应用的迫切需求和微纳加工技术的日益成熟,微纳波导体系中光与相干介质相互作用的研究逐渐发展成为微纳光学中最活跃的分支之一。微纳波导中的电磁场模式分布通常为倏逝波,即电场强度在垂直波导表面方向随远离界面的距离呈指数形式衰减,如金属微纳波导中的表面等离激元(Surface Plasmon Polaritons,简称为SPPs)、纳米光纤表面倏逝波等,其具有局域场增强等优异特性,可以显着增强光场与介质的相互作用,从而实现两者的强耦合相互作用并促进非线性光学现象的产生,这就为研究非线性和量子干涉效应提供了新的平台与课题,同时也带来了获得有关科学发现与应用的新契机。本文的主要目的是通过对金属-电介质-金属波导和纳米光纤中倏逝波与相干介质的量子干涉及非线性效应的研究,深入发展处理微纳波导体系中倏逝波与原子介质共振相互作用的基本理论和计算方法,并探索其在微纳集成全光信息处理中的潜在应用。本文的主要研究内容和结果包括以下几个方面:1、金属-电介质-金属波导中SPPs俘获及轨迹相干操控的研究。研究了MDM(Metal-Dielectric-Metal,简称为MDM)波导中反对称横磁模式与倒Y型四能级热原子气体的共振相互作用,基于双电磁感应透明(Double Electromagnetically Induced Transparency,简称为DEIT)机制和交叉相位调制(cross-phase modulation,简称为CPM),我们提出了一种实现低损耗SPPs俘获及操控的非线性磁光调控方案。首先,利用非相干泵浦机制极大地抑制了波导中SPPs的欧姆损耗,实现了慢光SPPs的线性长距离稳定传播。其次,利用波导中SPPs与倒Y型能级激发构型热原子气体的DEIT所提供的巨克尔效应和SPPs的衍射效应相平衡,实现了SPPs孤子的产生,并利用SPPs孤子和CPM实现了对弱光水平SPPs的俘获,进一步通过对被俘获SPPs的调控,实现了散焦SPPs的再聚焦。最后,利用外加梯度磁场,实现了SPPs的类斯特恩-盖拉赫效应,即SPPs在梯度磁场中可以发生偏转,通过调整外加梯度磁场的空间分布和时间,我们实现了对SPPs轨迹的操控。该研究所得到的结果在未来全光芯片上光集成、光信息处理等领域均具有潜在应用价值。2、纳米光纤表面慢光孤子存储及读取的研究。研究了纳米光纤表面基模与三能级Ladder型里德堡原子气体的共振相互作用,并在理论上实现了非线性区间纳米光纤系统中基于电磁感应透明机制(electromagnetically induced transparency,简称为EIT)的光存储效应。由于光被紧束缚在纳米光纤表面,光与原子的相互作用变强,EIT效应也得到增强。由于模式的非均匀分布,EIT的色散也具有空间分布不均匀的特征。我们发展了一套系统地处理体系中非均匀效应的平均场理论,发现了纳米光纤表面孤子的存在,并基于EIT机制实现了纳米光纤表面孤子的高效率、高保真度的存储与读取。同时,提供了优化纳米光纤表面孤子存储的理论方案。该工作在光互联、全光信息处理等领域具有重要应用价值。3、掺杂稀土离子晶体材料中量子干涉效应的研究。我们选取了两种典型的能级激发构型,包括Λ型和V型,考虑了能级的非均匀展宽,系统地研究了光与多能级掺杂稀土离子晶体材料共振相互作用过程中量子干涉效应的特性。研究发现,在弱控制光条件下,Λ型系统中存在相消量子干涉,导致了探测光的吸收谱在共振频率附近出现EIT效应,随着控制光的强度逐渐增强,吸收谱中量子干涉效应的贡献逐渐减少。对于双峰结构的吸收谱随着控制光强逐渐增强,发生了EIT-Autler-Townes分裂渡越效应。而在V型系统中,探测光吸收谱中透明窗口的出现主要是由于饱和吸收效应,其量子干涉为相长干涉。该工作发展了一套处理非均匀展宽介质中光谱分解的方法,所得到的结果在固态全光信息处理等领域具有应用价值。本论文共由六章组成:第一章为综述,主要介绍了在微纳波导结构中倏逝波与相干介质的相互作用,并介绍了表面等离激元的非线性效应和磁光调控,以及光孤子及非线性光脉冲的存储及读取的研究进展。第二章主要介绍了文章所研究的微纳波导的电磁场模式分析的理论方法,并介绍了研究光与物质相互作用的一般理论方法。第三章到第五章是基于理论方法开展的研究工作。第三章对金属-电介质-金属波导结构弱光场信号的俘获及轨迹操控进行了研究。第四章研究了纳米光纤中基于电磁感应透明机制的光存储及读取。第五章研究了掺杂稀土元素晶体材料量子干涉效应。第六章是对所做工作的总结,并展望未来的研究工作。

蒋建旺[3](2020)在《超宽光谱飞秒激光的产生、放大及载波包络相移控制研究》文中研究表明超短脉冲激光技术作为激光技术的前沿领域,已经逐步发展成为现代科学技术中的基础科学,极大地推动了与之相关的高新技术和交叉学科的快速发展,并在强场物理、生物化学、微纳米尺度三维微结构制备等应用领域取得了一系列重大突破。而在超短脉冲激光技术中,获得高功率超宽光谱飞秒激光、宽谱飞秒激光脉冲放大以及对超宽光谱飞秒脉冲的载波包络相移进行控制是几个重要的研究方向。针对这几个方面,本论文开展了超宽光谱飞秒激光设计与实验研究,宽谱飞秒激光的放大与压缩实验研究,以及载波包络相移控制研究,成为开展高次谐波、阿秒脉冲产生实验的重要驱动光源。论文的主要研究内容和取得的创新性成果如下:1.论文详细介绍了啁啾脉冲放大(chirped-pulse amplification,CPA)系统中的各单元模块,针对振荡器、放大器、压缩器的全局色散管理进行了理论分析和模拟计算。采用光线追迹法对CPA系统中常用的马丁内兹展宽器、平行光栅对压缩器、棱镜对压缩器进行理论推导,获得了精确计算各单元模块引入色散的解析表达式,并分析了常见介质材料的色散特性和不同色散补偿方式的优缺点,为后续顺利开展啁啾脉冲放大实验提供了理论指导和设计基础。2.考虑一些应用对飞秒光源的平均功率有现实需求,开展了高平均功率克尔透镜锁模的飞秒钛宝石激光的实验研究。通过10 W的532 nm连续激光泵浦棱镜对色散补偿的钛宝石振荡器,获得了 2.1 W的高平均功率输出,脉冲重复频率为75.5 MHz,光谱半高全宽为12 nm,测量得到脉冲宽度为96 fs,另外研究了腔内净负色散对输出光谱的影响。3.针对目前报道的倍频程钛宝石振荡器输出功率普遍较低的现状,开展了兆瓦峰值功率倍频程光谱亚10 fs钛宝石振荡器的实验研究,利用特殊设计的双啁啾镜补偿材料色散,并在振荡器两臂插入熔融石英精确平衡两臂的色散,大大增强自相位调制效应,振荡器直接输出覆盖550-1100 nm的倍频程光谱,锁模后的平均功率高达880mW,脉冲重复频率为80 MHz,结合腔外色散补偿技术,测量得到脉宽短至6.6 fs,对应约2.4个光学周期结果。据我们所知,这是迄今为止从倍频程钛宝石振荡器所能获得的最高输出功率。4.自差频0-f法测量载波包络相移频率具有长期稳定好、成本相对低、测量引入的噪声小等优点,但是该方法需要倍频程或者准倍频程光谱的飞秒光源,搭建的难度相当大,为此我们通过设计PPLN晶体的极化周期,开展了基于较窄光谱的高平均功率亚10 fs钛宝石振荡器的载波包络相移频率进行测量和控制实验研究。首先自行搭建了亚10 fs钛宝石振荡器,在4.5 W泵浦功率下,锁模输出平均功率达660 mW,脉冲重复频率为170 MHz,光谱覆盖650-950 nm,测量得到9 fs的脉冲宽度。然后,采用单块PP-MgO:LN晶体自差频的方法测量得到信噪比为44 dB的载波包络相移频率信号,接着将载波包络相移频率信号锁定到20 MHz的参考源上,实现了 90分钟的锁定,在1 Hz到1MHz范围内的积分相位噪声为138 mrad,对应63 as的时间抖动(中心波长790 nm)。5.设计并搭建了环形腔钛宝石再生放大器,在重复频率为1 kHz、16 W的泵浦功率下,再生腔直接输出功率为3.3 W、压缩后的脉宽为31 fs的放大结果。考虑到棒状钛宝石放大中伴随较大的热透镜效应,设计并搭建了新型多通泵浦结构的钛宝石薄片再生放大器,采用啁啾脉冲放大技术,在16 W泵浦功率下,得到1.8 W的放大脉冲输出,经光栅对压缩器压缩后,得到1.45 W的输出功率,压缩效率为80%,测量得到38 fs的脉冲宽度,光束质量M2≈1.1。实验表明薄片钛宝石放大方案有利于提高放大脉冲的光束质量,但是需要对多通泵浦结构和钛宝石晶体的焊接方案进行优化,以获得更高平均功率输出。

闻博[4](2020)在《各向同性/异性非线性克尔介质对矢量光场的偏振调制》文中研究说明偏振态均匀分布的标量光场与各向同性非线性光学克尔介质相互作用的过程中,由于偏振态比较单一,在通常情况下,非线性光学材料所激发的三阶非线性效应的大小主要依赖于入射光场强度的变化。近年来,具有空间偏振态非均匀分布的矢量光场成了研究热点。具有偏振结构的矢量光场与非线性克尔介质作用过程中,三阶非线性折射率受到入射光场的强度与偏振态双重调制。因而,具有偏振结构的光场与物质相互作用将会激发许多新颖的非线性光学效应。这些非线性光学效应反映了材料的非线性光学特性,并且调制着光的传输行为。因此,我们对标量光场以及矢量光场激发的各向同性光学克尔非线性以及各向异性光学克尔非线性分别展开研究。本文的主要内容以及研究成果包括:(1)由于各向异性非线性克尔介质具有取向非线性,基于矢量瑞利-索末菲公式,我们研究了径向偏振光经各向异性非线性调制后远场的矢量自衍射图样。结果表明,远场的矢量自衍射图样存在4重旋转对称性,并且光场由径向偏振光调制为杂化偏振光。此外,径向偏振光与各向异性非线性克尔介质相互作用,导致了远场观测面的自旋角动量的重新分布。(2)椭圆偏振矢量光场经各向同性克尔非线性调制后,远场的偏振态呈现一种径向变化的非线性椭偏旋转。具体来说,在远场观测面上,沿着径向,局域偏振椭圆的取向角以及椭偏角呈现梯度分布。结果表明,通过调节各向同性光学非线性以及矢量光场的手性参量,可实现对椭圆偏振矢量光场的自衍射强度图样、偏振态以及自旋角动量分布的调控。标量椭圆偏振光经各向异性非线性克尔介质后,由非线性椭偏旋转导致的旋转角度取决于非线性相移、椭偏率以及晶体取向角。经各向异性非线性克尔介质调制后的椭圆偏振矢量光场,远场的光强以及自旋角动量出现了非均匀分布,并且随着椭偏率的减小,远场光强逐渐增强,自旋角动量出现了重新分布。(3)我们理论上研究了杂化偏振矢量光场经各向同性非线性克尔介质调制后的空间自相位调制效应,非线性椭偏旋转以及自旋角动量分布。实验上我们观察到了800 nm飞秒脉冲的杂化偏振矢量光场经CS2溶液后的空间自相位调制效应,实验结果与理论预测结果基本上相符。结果表明,远场的空间自相位调制的强度图样、偏振态分布以及自旋角动量分布随各向同性光学非线性的改变而发生变化。基于左右旋基矢的各向异性三阶非线性折射率取决于入射光场的椭偏率、二向色性系数、非线性各向异性系数以及晶体的取向角。在实验上,通过椭圆偏振光Z-scan技术对各向异性非线性克尔介质的三阶非线性系数进行了表征。根据已知的非线性光学参量,我们数值模拟了杂化偏振矢量光场经各向异性克尔非线性调制后的矢量自衍射行为以及自旋角动量的特性。结果表明,各向异性克尔非线性对具有偏振结构的光场的操控提供了一种新的方法。(4)我们报道了关于弱聚焦的基本庞加莱光束在自由空间、经过各向同性以及各向异性非线性克尔介质后的偏振旋转以及奇点演化的理论性研究。结果表明,在自由空间中传输时,基本庞加莱光束仅仅出现整体性的偏振旋转,经非线性克尔介质后,由于存在光学非线性,基本全庞加莱光束的偏振旋转特性得到增强。值得一提的是各向异性光学非线性导致了偏振分布对称性的破缺。进一步研究表明,在自由空间以及各向同性非线性克尔介质中,柠檬形庞加莱光束的C-point以及L-line奇点不会发生改变。有趣的是,各向异性克尔非线性引起了C-point奇点的分裂以及L-line奇点的畸变与衍生。然而,无论光学非线性如何变化,光场的总奇点指数始终是守恒的。

范小利[5](2020)在《克尔效应对厄米-高斯光束传输特性的影响》文中提出高功率激光会导致克尔介质的折射率发生改变,从而影响光束的传输特性,这就是光克尔效应。克尔效应与光场分布有关,研究不同激光束的光克尔效应具有重要的理论和实际应用意义。厄米-高斯(H-G)光束是一种常见的高阶高斯光束。之前的研究仅限于H-G光束在等离子体或非局域克尔介质中的克尔效应,本论文首次研究了局域非线性克尔介质中克尔效应对H-G光束传输特性的影响。另一方面,激光烧蚀推进技术具有潜在的应用前景,例如激光空间碎片清理和激光发射小型探测器至近地轨道等。大气是一种非线性克尔介质,地基激光烧蚀推进技术的应用中,必须要考虑大气的克尔自聚焦效应产生的影响。本论文研究了克尔效应对H-G光束传输特性的影响,具体内容包括:1、研究了克尔效应对厄米-高斯光束传输特性的影响。基于非线性薛定谔方程,利用变分方法推导出了H-G光束在克尔介质中传输时束宽、曲率半径以及自聚焦临界功率、瑞利长度、光束质量因子的解析式。定义了H-G光束在克尔介质中新的复参数,证明了此时ABCD定律仍然是有效的,这为研究H-G光束在克尔介质中的传输提供了一种简单的方法。研究表明:随着光束阶数的增加,H-G光束的自聚焦临界功率增加,即克尔非线性对H-G光束的影响减小。研究还发现:H-G光束在自聚焦介质中传输时不会出现整束焦点,因此自聚焦焦距不适合表征H-G光束的自聚焦效应。2、研究了非均匀大气中克尔自聚焦效应对厄米-高斯光束传输特性的影响。推导出了H-G光束从地面通过大气传输到空间轨道过程中束宽的解析表达式。通过数值模拟对束宽的解析式进行了修正,进一步得到了M2因子的解析式。结果表明:以相同初始束宽入射H-G光束时,随着模式数m的增大,焦移和靶面束宽增大。大气自聚焦效应会使H-G光束的相位发生畸变,导致光束远场轮廓发生改变。研究还发现:在初始位置处进行相位补偿可以保持H-G光束的轮廓,并减小靶面位置处的光束束宽。本文研究结果对地基激光烧蚀推进技术的应用具有意义。

姬生云[6](2020)在《基于贝塞尔光束的飞秒激光动态全息加工微环结构及其应用研究》文中指出飞秒激光双光子聚合技术是一种可以突破光学衍射极限实现百纳米级别加工分辨率的微纳米加工技术,因为其能够实现任意形状微纳米结构的真三维加工,这种技术被广泛应用于包括微纳机械、微纳光学、微流体、生物传感、组织工程、细胞工程等在内的诸多领域。目前基于该技术的研究热点方向主要包括:1.优化技术参数,如提升分辨率、加工效率等;2.基于三维微纳米结构实现微纳研究领域的各种功能应用。本论文以空间光调制技术为基础,研究了贝塞尔(Bessel)光束这一特殊长距离无衍射光场在高数值孔径物镜聚焦下的传播特性,并利用这种聚焦的环形光场实现了可控微环结构加工,基于这种微环结构研究了其作为细胞支架、微过滤器、微腔等在细胞工程、微流体、微纳光学领域的应用。传统飞秒激光双光子加工是以单束飞秒激光结合三维移动平台或扫描振镜实现逐点逐层扫描的串行加工方式,其加工效率低,难以实现快速高效加工。本论文提出了一种基于特殊解析光场的高效高精度全息动态加工三维微管结构的加工技术。本论文通过对Bessel全息图的参数调控和加工参数优化,实现了一系列复杂三维微管/微环状结构加工,该方法实现了传统光刻工艺很难实现的变截面结构加工,为环状结构的高效高精度加工提供了有效的技术手段。同时,本文针对聚焦光斑直径不同所需阈值能量也不同的需求,提出了一种基于压缩全息图相位深度进而改变衍射效率的能量调控方案,并在实验上实现了直径变化范围从3μm-10 μm的光滑变截面管道加工,这种方案具有较强的可扩展性,可以从Bessel光场扩展到任意光场,从整体相位压缩扩展到局部相位压缩。为了展示微环类结构的功能性应用,本论文首次通过阵列式管道加工结合显影时管道阵列的自倾倒效应实现了微管道阵列作为细胞支架的制备,通过毛细力自吸入的方式实现了酵母菌在不同直径微管道内的培养,进一步研究了直径不同及变直径的二维及三维受限微环境对酵母菌分裂的影响,为细胞支架结构的制备及实现阵列式培养提供了实验参考模型。另外,在微流体器件方面,特定粒子或细胞的过滤和富集对化学及生物领域的一些关键应用开展是不可或缺的,本论文首次通过这种全息加工方法在商用针头内部实现了集成微过滤器的制备,在实验上实现了对不同直径微粒的筛选过滤,该方法实现了功能化和集成化Lab-in-a-needle器件的快速可编程性加工,为非平面半封闭基底上快速加工功能器件提供了一定的工艺参考。最后,在结构质量(对称性、表面粗糙度等)要求更高的微腔领域,本论文通过进一步优化加工参数成功制备了品质因子在102量级的聚合物微腔,实验检测了作为回音壁模式(Whispering gallerymode,WGM)微管腔的光致荧光发光光谱,对比了单根管道不同部位及相同参数不同管道的谐振模式,分析了其一致性,对于不同参数不同管道的谐振模式进行了实验测量和数值仿真分析。这种全息加工方法提供了一种高效灵活地制备聚合物环形微腔的技术手段,可以为生物传感、微纳光学等领域的功能性应用开展提供新的实验平台。

曾庆伟[7](2020)在《飞秒强激光在不同大气环境中传输成丝及其热沉积过程研究》文中认为飞秒强激光在大气中传输,由于克尔自聚焦效应和等离子体散焦效应两者之间相互竞争而达到动态平衡时,会形成长距离传输的光丝结构。飞秒强激光大气传输成丝过程伴随着丰富的物理效应,其中就包括由激光脉冲能量沉积导致的热沉积效应。光丝热沉积效应在触发局地气流扰动、促进过冷水滴冻结并沉降和在云雾中清理形成高透射通道等方面有着重要作用,对这些相关现象的机理开展研究,有望促进我们对特定环境下云和降水过程的认识。因此,开展飞秒强激光大气传输成丝特性,尤其是对热沉积效应的研究,有着重要的理论意义和应用背景。本文在已有研究基础上,根据云降水物理基本理论,利用飞秒激光大气传输仿真模型和热力学方程,首先对飞秒激光在干湿环境、云和雾等复杂大气环境中的非线性传输过程进行了仿真,明确了水汽含量、云雾粒子浓度和粒子谱分布对飞秒激光热沉积效能的影响;然后,建立了分析云室范围内光丝热沉积过程影响过冷水滴冻结效能机理的方法,并基于该方法探讨了热沉积影响光丝诱导形成不同质量雪晶的机理;最后,通过分析传输模拟结果,探究了利用飞秒时间艾里光束来延长光丝和增强光丝能量沉积的可行性。主要研究内容和创新性成果包括:(1)在描述飞秒激光大气传输的非线性薛定谔方程中,增加了水汽分子的电离作用项,对比研究了水汽分子电离对800nm和248nm波段这两种波段的飞秒激光脉冲在干湿两种环境中成丝过程的时空演化特征和热沉积特征。我们研究发现:水汽分子电离对于800nm波段飞秒激光脉冲的非线性传输几乎没有明显影响,但能够严重影响248nm波段的飞秒激光脉冲非线性传输。对于248nm波段的飞秒激光脉冲,水汽电离能够明显影响形成光丝的钳制光强、电子密度、半径和沉积的总能量等特征。而且随着水汽含量的不断升高,钳制光强逐渐减小、电子密度逐渐升高和沉积的总能量也逐渐增大。但是,在较高的湿度环境中,继续提高水汽含量,电子密度和沉积能量的最大值的变化越来越小,趋向于饱和。在相对湿度较大的环境中,提高入射脉冲功率和使用脉冲宽度更宽的飞秒脉冲有利于增强光丝的热沉积作用。(2)在描述飞秒激光大气传输的非线性薛定谔方程中,进一步增加了描述大气湍流和粒子散射等大气扰动类型的非线性作用项,构建了飞秒激光云雾传输模型,并由此建立了理论分析飞秒激光脉冲在云雾扰动环境中成丝热沉积特征参量的方法;基于该模型,对比分析了粒子浓度、粒子谱分布对飞秒激光传输成丝特征和热沉积作用的影响。结果发现,大气湍流和粒子散射对飞秒激光传输都有比较明显的影响;粒子浓度对飞秒激光成丝过程的影响要比粒子尺度更明显。粒子浓度越高,光丝内部钳制光强越小、电子密度越小和中心能流也越小。粒子浓度越高,激光脉冲能量衰减的总量越大,但是脉冲能量沉积率峰值出现的位置提前,峰值的大小逐渐减小,因而造成的局地温度和气压扰动也越小。对比飞秒激光脉冲在三种类型的云雾环境中传输特征发现,相同的入射激光脉冲在积云当中传输时产生的电子密度最高,而在雾环境当中传输时产生的电子密度最小。激光脉冲在雾环境中传输时损耗的脉冲能量最多,但是激光脉冲在积云当中传输成丝的能量沉积率是最大的。(3)提出了分析云室范围内光丝热沉积过程影响过冷水滴冻结效能机理的方法,探讨了不同聚焦条件、不同脉冲能量和不同传输介质等影响气流扰动速度和堆积雪晶质量的原因。首先,对比研究了f=50 cm和f=30 cm两种外部聚焦条件下,改变入射脉冲能量对飞秒激光成丝特征的影响。结果发现,对于f=30 cm的紧聚焦情况下,当入射脉冲的能量从Ein=4.5 m J提高到Ein=7.1 m J时,多丝的强度趋向于更强,多丝的数量趋向于更多,多丝形成位置趋向于靠聚焦位置后,光丝导致的局地温度(气压)扰动最大幅度也越大,从而有利于形成更强的气流扰动和促进冰晶粒子的碰并增长。但对于f=50 cm的聚焦情况,当入射脉冲的能量从Ein=4.5 m J提高到Ein=7.1 m J时,在聚焦位置之前就产生了多丝现象,丝与丝之间的能量竞争导致脉冲能量的提前耗散掉了。导致虽然脉冲能量提高了,但是产生的气流运动速度和降雪质量增长不明显,甚至减小的现象出现。然后,我们通过对比研究相同聚焦条件下,飞秒激光脉冲在空气环境、氩气和氦气环境中传输时的热沉积特征,结果发现飞秒激光在空气、氩气和氦气等三种气体中传输时,在氩气当中能够形成更长的光丝、导致更大的总沉积能量和更大范围的能量沉积分布,光丝热沉积在氩气当中造成的温度和气压扰动分别可达220 K和8.0×104 Pa,从而有利于形成更强的气流扰动和产生了更多的雪晶。这些结果说明增加激光脉冲能量可以在一定程度上提高光丝的热沉积作用,但随着脉冲能量的提高,多丝的形成尤其是多丝出现的位置对热沉积作用的效能有影响,而激光脉冲的能量沉积分布范围也对光丝的热沉积作用有影响。这些结果对提高飞秒激光热沉积效能,促进飞秒激光大气应用有一定参考价值。(4)利用数值仿真结果,对比分析了具有正时间延迟、负时间延迟和双向时间延迟的三种飞秒时间艾里脉冲和高斯脉冲的大气传输过程。结果发现,当初始脉冲能量一定时,时间艾里脉冲能够形成比高斯脉冲更长的光丝。其中,具有负时间延迟的艾里脉冲能够形成最长的光丝,这与这类脉冲传输过程中,脉冲后沿强烈的分裂和主瓣与旁瓣之间的能量流动有关。通过提高初始脉冲光强、增加脉冲宽度和使用具有较大半径的艾里脉冲等方式,可以达到延长光丝长度的目的。通过扩大艾里脉冲半径、增加脉冲延迟时间和增加脉冲宽度,可以有效地增加光丝沉积的总能量,进而有可能提高飞秒激光热沉积影响云雾物理过程效能。

胡瑜泽[8](2017)在《基于空间光场调制的飞秒激光大气成丝效应研究》文中指出飞秒激光大气成丝自1995年首次被发现以来,由于光丝和大气存在丰富的非线性效应,使得它在众多领域展现出广阔的应用前景,已经成为非线性光学领域的研究热点。飞秒激光在大气中传输涉及衍射和群速度色散(GVD)以及诸多非线性效应,主要包括:克尔自聚焦(SF)、自相位调制(SPM)、多光子(隧道)电离(MPI/TI)、等离子体自散焦、自陡峭、多光子吸收(MPA)和拉曼效应等。其主要物理过程为:当飞秒激光功率大于其自聚焦阈值功率时,大气的克尔效应使光束自聚焦,从而光强不断增强;高强度的激光使得空气产生多光子电离,产生等离子体,等离子体对光束产生负透镜效应。自聚焦和等离子体散焦形成的动态平衡能够维持长距离传输的光丝结构。本论文工作主要集中在空间维度上对初始光场进行振幅和相位的调制,通过数值计算的方法,探索了众多新颖的光丝传输模式。工作主要分为四部分:探索在不同传输距离上的调制对成丝的影响程度;基于纯相位调制操控光丝;基于纯振幅调制操控光丝;采用经振幅和相位调制后的特殊初始光场操控光丝。首先利用强湍流屏作为随机扰动探索了调制位置对成丝的影响,分别将湍流屏施加到普通高斯光束成丝的三个典型的位置:紧靠透镜前、紧靠透镜后和紧靠成丝前。在光丝的时空演化特征上分析了飞秒成丝在不同位置受湍流的影响程度。得出的结论为:在初始位置添加扰动将对成丝演化产生最大化的影响。此工作为后续光场调控位置的选择奠定了基础,后续工作采用对初始光束进行空间光场调制的方式。基于纯相位调制操控光丝上,尝试使用二维声光调制的方式来代替微透镜阵列,使飞秒激光在大气中产生规则的多丝阵列。通过控制声光调制中的频率和振幅可以有效地操控多丝演化的动态过程,例如成丝起点、模式分布、光丝整体长度和超连续谱辐射强度等。相比于使用具有相同成丝起点的单透镜情形,通过合理地选择声波调制频率和振幅,整个光丝长度延长多倍。这为操控多丝阵列提供了较为简单的方法。基于纯振幅调制操控光丝上,我们先比较了伪Mathieu振幅调制的光场和普通高斯光的成丝差异。发现伪Mathieu振幅调制后的光束可以延迟成丝起点,并且光强会在传输轴上出现第二次钳制的现象。在非成丝区域,相比于高斯光,伪Mathieu光能量的向外衍射速率要小。接下来,进一步研究了不同数量的旁瓣对伪Mathieu光成丝的影响,通过分析其成丝特性,发现非线性传输条件下的伪Mathieu光会明显地表现出无衍射的特性,其无衍射特性的显着程度取决于旁瓣数目。在采用特殊初始光场操控光丝方面分为三部分工作,首先着力于延长抛物拐弯光丝的长度,然后试图构建沿任意预设传输轨迹的光丝,最后提出了非傍轴椭圆轨迹自加速光丝并在大气中形成了非线性光孤子和光子弹。在第一部分中,初步探索了具备多主瓣的抛物加速光场对成丝的影响,发现当其包括两束光瓣时,其时空演化过程较Airy光有较大的变化。随后,通过调整主瓣之间的相位关系使其相干增强。我们发现当主瓣数量增加时,拐弯光丝的长度得到了明显的延长并且光丝的横向偏移量明显增加。如上结果表明利用多主瓣结构来形成拐弯光丝可以为延长拐弯光丝提供一种新方案。在第二部分中,提出了新颖的蛇形光丝,深入探究了背后的机理。该现象主要是因为旁瓣的光场能在两侧形成特殊的相位边界,我们称之为“相位井”,其效果是不断反弹主瓣的加速方向。第三部分工作则是通过对初始光场进行Mathieu调制,构建出非傍轴椭圆轨迹光丝。对于两束Mathieu加速光场同相位对称分布的情况,可以得到普通单光孤子结构。对于其相反相位对称分布的情形,相位差会把光孤子劈裂成两部分,从而形成呼吸型光孤子对结构。最后,尝试对Mathieu加速光进行中心对称分布,构建出了环形光子弹。在传输过程中,旁瓣能量不断地向中心补充,在传输轴附近可以得到链条式结构的光强分布。光场调制飞秒激光大气成丝所产生的新效应为促进飞秒光丝更多新颖的应用奠定了基础,例如增强超连续谱辐射、实现高深纵比微加工、操控激光诱导太赫兹辐射、弯曲等离子通道引雷、避开障碍物干扰、损伤等。

来娴静[9](2016)在《非自治涡旋光束及涡旋孤子的激发和调控研究》文中研究指明本论文从非均匀光学介质中的各种变系数非线性薛定谔方程入手,利用解析和数值模拟两种方法互补研究了空间分布参数对自相似涡旋的局域结构、振幅、相位、波宽度等传输特性的影响,以及涡旋激发、维持、旋转速度等操控问题。着重讨论了对称涡旋、角量非对称涡旋孤子,对形成涡旋孤子提出可行性方案,为研究实际非均匀光学系统中光涡旋的参量调控和动力学控制提供一定的理论依据。研究结果对物质波涡旋孤子和等离子体中的涡旋孤波等其他物理领域动力学研究具有潜在的应用价值。主要内容如下:1.非局域介质中拉盖尔-高斯型方位角调制涡旋光束研究基于2+1维广义非局域非线性方程,采用形变约化及变分方法,研究非局域非线性耗散系统中的拉盖尔-高斯型方位角调制涡旋局域结构及传输特性。调制深度不同,此解包含环形涡旋孤子和孤子簇。数值研究响应函数宽度与涡旋的稳定性的联系。研究表明,当响应函数宽度远大于光束宽度时,即介质非局域化变强时,涡旋的稳定性增大。周期分布参数系统中,涡旋形成呼吸相似子,不仅强度和宽度随传播距离变化,其角频率也受到空间调制。2.强非局域非线性介质中惠特克涡旋孤子研究基于广义Snyder-Mitchell模型,采用形变约化法和变分原理,分析了强非局域非线性介质中,惠特克涡旋孤子解析局域结构及其传输特性,此类涡旋孤子为空间方位角可调。在一定条件下,惠特克涡旋孤子会退化为项链孤子、非旋转高斯孤子、环形涡旋孤子、孤子簇等。特别地,涡旋解显示表达式中方位角函数受到系统分布参数及涡旋束宽的调制,当涡旋角频率不为零时,可以把涡旋旋转角度控制在一定范围内。值得注意的是,涡旋的涡核中心随传播距离移动,本章最后分析在零增益系数和恒定束宽的条件下,不同传播距离时两束非对称、非共面涡旋的相互作用,了解两涡核中心移动轨迹。3.自聚焦缓变折射率波导中非自治亮涡旋研究基于2+1维变系数耗散薛定谔方程,采用形变约化及数值方法,研究自相似涡旋光束在各向同性非均匀缓变折射率波导放大器中的传输性能。在一定条件下,我们得到了涡旋幅度、宽度和相位的显式表达式。发现在缓变折射率波导中,涡旋光束的形成不仅受其初始功率的影响,而且还受波导不均匀性的影响。虽然这些旋涡是近似的,但它能反映自相似光学光束传输在短程内的真实性质。对解显示表达式的进一步研究,我们可以分析旋涡在不同衍射和非线性参数下自聚焦缓变折射率波导中的传输特性。4.空间变化外电场作用下涡旋孤子研究基于(2+1)维带外势的变系数非线性薛定谔方程,利用变分方法,研究横向非周期外场调制型的非线性介质中三类方位角调制涡旋解,包括高斯外电场势下的单层方位角调制涡旋和非谐振外电场势下的多层方位角调制涡旋。在研究中,我们采用了光学材料中常见的两种非线性响应类型。涡旋结构受到拓扑荷、传播常数、径向量子数、角速度调制。研究了参量对涡旋特征的影响,并从数值上模拟其在相应介质中的传输,并对模拟结果做出讨论。5.非线性空间调制介质中涡旋孤子研究本章基于五次变系数非线性薛定谔方程,应用形变约化方法和直接拟解法,解析研究了非线性空间调制系统的单环或多环涡旋结构.然后采用线性稳定性分析法,来对产生的涡旋光束做出稳定性判断。研究发现所有的单环涡旋孤子解析解都是稳定的,多环涡旋孤子只存在很小的能量区域,即便是低拓扑指数情况。通过松弛法数值分析发现,对应相同的非线性系数,传播常数变化时,系统还存在数值构造涡旋解。这些数值解有两个特征量,分别为拓扑荷和传播常数。从数值构造解形成条件和线性稳定性分析可知:对于数值单环涡旋孤子,对应自散焦五次非线性,非线性系数是中心接近零,边缘快速增长到无穷大,拓扑荷m=1的所有涡旋孤子都是稳定的,但是拓扑荷m≥2的涡旋孤子的稳定性随着传播常数的增大,呈现稳定-不稳定交替变化;对于解析或数值多环涡旋孤子,对应自聚焦五次非线性,所有拓扑指数的涡旋孤子稳定性随着随着传播常数的增大,出现很小的存在区域。

谭超[10](2015)在《强非线性作用下超短脉冲激光的检测与控制机理研究》文中进行了进一步梳理当入射激光光强不大时,激光在非线性传输过程中将不会导致物质的相关特性发生明显的改变;当激光强度达到一定的量级时,激光在非线性传输过程中将会导致物质的相关状态发生改变(例如等离子通道的产生),物质状态的改变这时将会反过来影响激光的相关特性。基于泵浦探测技术来分析检测激光脉冲传输过程中不同时刻的激光特性,并发展出光束的实时时空控制技术,对高功率超快激光和激光材料方面的发展和应用具有很大的实际意义。本文详细研究了强非线性作用下超短脉冲激光的检测与控制相关问题,获得如下主要成果:第一,利用泵浦探测技术研究了超短激光脉冲非线性传输过程中光束不同空间位置的时空演化规律,并在此基础上提出了一种改进型的超短脉冲激光不同空间位置的时空测量的方法。首先,对光束非线性传输时在小尺度自聚焦过程中光束的空间演变规律进行了测量。研究结果表明,随着输入功率的增大,在光束不同的空间位置(特别是空间调制峰以及空间调制谷位置)出现了不同的增长趋势,空间强度增长的不一致导致了其时间脉宽出现不同的变化趋势。在时空耦合效应的作用下,调制峰位置空间强度的增长将会导致其脉宽压缩;由于调制谷位置的空间对比度随着输入功率的增大出现下降,这导致了其脉宽被扩展。通过此方案虽然获得了脉冲激光的时空演化规律,但是测量精度有待提高。其次,通过使用柱透镜来替换原实验方案中的狭缝来改进了实验装置,这彻底解决了使用狭缝带来的旁瓣的问题并提高了测量精度。同时应用此改进型方法测量了脉冲激光不同空间位置的脉宽,以及小尺度自聚焦过程中光束空间强度最快增长区的时间演变,研究结果表明,光束中心位置的脉宽会小于其边缘位置的脉宽,空间强度最快增长区的脉宽随着功率的增大出现了压缩,此改进型方法可以便利且有效地用来对超短脉冲进行实时监控及评价。第二,实现了长寿命可控形状激光等离子体通道的产生,并基于此长寿命等离子体通道实现了空间光调制。当超短脉冲激光在克尔介质中传输时,随着输入功率的增大将电离产生等离子体通道。我们实验观测到了由飞秒脉冲在二硫化碳中传输时诱导产生的一个长寿命等离子体通道,这个等离子通道能稳定存在;通过测量探测光束横向通过等离子体通道时产生的暗斑的形状变化,得到了等离子通道的长度为15 mm;通过测量探测光束共线通过等离子体通道时形成环形光束的中心光强,得到了等离子体通道的寿命高达400 us。实验结果表明,改变泵浦光束的空间强度分布可以便利地控制形成的等离子体通道的形状,基于该实验系统可以对它的形状变化进行动态监控。另外,基于泵浦光束在CS2中诱导产生的等离子体通道,实验展示了等离子体通道对探测光束空间光调制的实现。实验结果表明,可以通过调节平移镜以及改变泵浦光束的空间强度分布来控制探测光束被调制的方向和被调制的形状,也可以通过改变泵浦光束的功率来便利地改变调制深度。第三,提出了一种基于渐变折射率等离子体透镜效应来产生环形光束的新方法,并首次发现了拓扑绝缘体Sb2Te3可以更加有利于环形光束的产生。环形光束可以用于光学镊子、定向冷却原子、超荧光显微镜等。当激光脉冲在非线性介质中传输时,具有高斯型强度轮廓的泵浦光束电离产生的等离子体通道的电子密度分布也将服从高斯分布。等离子体通道中折射率分布也满足高斯分布,由于折射率在等离子体通道的中心与其边缘之间存在一渐变的差异,类似于光束通过一个渐变折射率发散透镜,当探测光束在等离子体通道边缘传输时,探测光束将发生偏转,这将导致环形光束的形成。实验结果表明,基于此方法产生的环形光束具有良好的空间传输性能,通过调节飞秒脉冲的功率可以轻易地控制环形光束的暗斑大小。同时也对形成环形光束的过程进行了理论验证,分析了等离子体通道的轴向电子密度、等离子体宽度及传输距离对产生环形光束的影响。另外,通过溶剂热法制备了具有良好形态学的拓扑绝缘体Sb2Te3纳米片,并在Sb2Te3分散液中生成了环形光束。对于用渐变折射率等离子体透镜法产生环形光束而言,由于Sb2Te3具有极大的光学非线性以及拥有独特的表面态特性,导致它更加适合用来产生环形光束。实验结果表明,在Sb2Te3分散液中生成的环形光束具有优异的传输性能;生成一个相同大小的环形光束,在高浓度分散液中所需泵浦光束的功率小于在低浓度分散液中所需的功率;环形光束在自由空间传输时的发散角会随着分散液浓度的增加而变大。

二、环形斑激光束在非线性克尔介质中的光束分裂效应(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、环形斑激光束在非线性克尔介质中的光束分裂效应(论文提纲范文)

(1)可调谐笼目晶格中的锥形衍射(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 普通晶体中的锥形折射
        1.1.1 晶体中的锥形折射
        1.1.2 锥形折射的基本原理
    1.2 光子晶体简介
    1.3 光子晶体中锥形衍射的应用
    1.4 光子晶体中的锥形衍射研究动态
    1.5 研究方法与研究内容
第2章 能带计算与光波传播的基本理论
    2.1 光子晶体中的能带计算方法
        2.1.1 紧束缚方法
        2.1.2 平面波展开法
        2.1.3 时域有限差分法
        2.1.4 传输矩阵法
    2.2 光子晶体中的非线性光学效应
        2.2.1 克尔非线性光学效应
        2.2.2 可饱和吸收非线性效应
        2.2.3 自聚焦和自散焦效应
    2.3 分步傅里叶方法介绍
    2.4 本章小结
第3章 Kagome光晶格中的锥形衍射
    3.1 引言
    3.2 理论模型
    3.3 Kagome光晶格的能带和狄拉克锥态
    3.4 Kagome光晶格中的线性锥形衍射
    3.5 Kagome光晶格中的非线性锥形衍射
    3.6 本章小结
第4章 连续可调光晶格中的锥形衍射
    4.1 引言
    4.2 理论模型
    4.3 晶格的能带和结构
    4.4 锥形衍射
    4.5 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
攻读学位期间取得的研究成果
致谢

(2)倏逝场在原子介质中非线性传播特性研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 微纳波导中倏逝波与原子介质的相互作用及其研究进展
        1.2.1 表面等离激元
        1.2.2 金属-电介质波导
        1.2.3 金属-电介质-金属波导
        1.2.4 纳米光纤
    1.3 表面等离激元非线性效应及其研究进展
    1.4 表面等离激元的磁光调控及其研究进展
    1.5 光孤子及非线性光脉冲的存储及读取研究进展
    1.6 论文结构
第二章 理论方法
    2.1 波导中电磁模式的分析方法
        2.1.1 平面双层波导
        2.1.2 平面三层波导
        2.1.3 纳米光纤波导
    2.2 光与相干介质相互作用的半经典理论
        2.2.1 Maxwell-Bloch方程
    2.3 微纳波导体系中处理光于相干介质相互作用的平均场近似方法
第三章 金属-电介质-金属波导结构中弱光场信号的俘获及轨迹操控
    3.1 引言
    3.2 模型简介
    3.3 表面等离激元的增益辅助传播及其线性传播性质
    3.4 SPPs孤子的非线性演化方程
    3.5 通过交叉相位调制用探测场 SPPs 孤子控制信号场 SPPs 孤子
        3.5.1 在没有外磁场下控制信号场SPPs
        3.5.2 有外磁场下控制信号场SPPs
    3.6 本章小结
第四章 纳米光纤中基于电磁感应透明机制的光存储及读取的理论研究
    4.1 引言
    4.2 模型
    4.3 纳米光纤波导体系的EIT特性
        4.3.1 初态
        4.3.2 线性色散和慢光效应
    4.4 纳米光纤界面上的超慢孤子
        4.4.1 EIT存储的非线性理论
        4.4.2 超慢孤子的存储与读取
    4.5 本章小结
第五章 掺杂稀土元素晶体材料量子干涉效应的理论分析
    5.1 引言
    5.2 理论模型
    5.3 线性性质
        5.3.1 基态
        5.3.2 线性色散关系
    5.4 量子干涉性质分析
        5.4.1 Λ型系统
        5.4.2 V型系统
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 研究工作总结
    6.2 拟开展的进一步研究工作
附录A 第三章中一些方程和系数的具体表达式
附录B 第四章中一些方程和系数的具体表达式
    B.1 纳米光纤的电场模式
    B.2 Bloch方程的各阶解的形式
        B.2.1 Bloch方程
        B.2.2 MB方程一阶解的具体形式
    B.3 有效MB方程
附录C 第五章中一些方程和系数的具体表达式
    C.1 Λ型和V型能级系统的光学Bloch方程及其一阶解
    C.2 两个系统中光谱分解的细节
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
致谢

(3)超宽光谱飞秒激光的产生、放大及载波包络相移控制研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
    1.1 飞秒脉冲激光的研究进展
    1.2 飞秒激光脉冲的产生机理
        1.2.1 锁模的基本原理
        1.2.2 克尔透镜原理
        1.2.3 同步泵浦锁模原理
    1.3 飞秒激光载波包络相移测量与控制方法
        1.3.1 载波包络相移概述
        1.3.2 载波包络相移测量方法
        1.3.3 载波包络相移控制方法
    1.4 薄片激光器的研究进展
        1.4.1 薄片激光器的特点
        1.4.2 薄片振荡器的研究进展
        1.4.3 薄片放大器的研究进展
    1.5 本论文的主要研究内容与研究意义
第二章 飞秒脉冲放大技术与色散管理
    2.1 啁啾脉冲放大技术原理
    2.2 飞秒光学中的色散理论
    2.3 啁啾脉冲放大系统中的各模块单元与色散计算
        2.3.1 飞秒激光振荡器
        2.3.2 CPA系统中的展宽器与色散计算
        2.3.3 CPA系统中的放大器类型与色散计算
        2.3.4 CPA系统中的压缩器与其色散计算
    2.4 小结
第三章 高平均功率飞秒钛宝石振荡器实验研究
    3.1 引言
    3.2 高平均功率飞秒钛宝石振荡器的设计与实现
        3.2.1 光学元件的设计与选取
        3.2.2 激光谐振腔的设计模拟和分析
    3.3 高平均功率飞秒钛宝石振荡器的实验装置及测量结果
    3.4 小结
第四章 兆瓦峰值功率倍频程钛宝石激光器设计与实验研究
    4.1 引言
    4.2 克尔透镜锁模谐振腔的一般性设计原则
        4.2.1 固态激光谐振腔的腔型比较
        4.2.2 克尔透镜谐振腔的最优化设计
        4.2.3 固态激光谐振腔的像散及其补偿
        4.2.4 超短脉冲激光振荡器的色散补偿方案
    4.3 飞秒激光振荡器腔内非线性光谱展开研究
    4.4 兆瓦峰值功率倍频程钛宝石振荡的实验与结果分析
    4.5 小结
第五章 基于自差频方法的超短脉冲载波包络相移测量与控制研究
    5.1 引言
    5.2 自差频测量载波包络相移的设计与实现
    5.3 飞秒光学频率梳的CEO测量及锁定结果
    5.4 小结
第六章 千赫兹飞秒钛宝石再生放大及薄片放大方案实验研究
    6.1 引言
    6.2 千赫兹环形再生放大实验研究
        6.2.1 环形再生腔腔行设计
        6.2.2 千赫兹环形再生放大系统的搭建与调节
        6.2.3 千赫兹环形再生放大的实验结果与分析
    6.3 千赫兹钛宝石薄片再生放大实验研究
        6.3.1 钛宝石薄片的热分布分析
        6.3.2 钛宝石薄片再生腔腔型和多通泵浦结构的设计
        6.3.3 钛宝石薄片再生放大系统的搭建与调节
        6.3.4 钛宝石薄片再生放大的实验结果与分析
    6.4 小结
第七章 总结与展望
参考文献
致谢
作者简介

(4)各向同性/异性非线性克尔介质对矢量光场的偏振调制(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 矢量光场简介
    1.3 矢量光场激发的非线性光学效应研究进展
        1.3.1 二阶光学非线性
        1.3.2 三阶光学非线性
    1.4 本论文主要研究内容
第二章 光与非线性克尔介质相互作用的理论基础
    2.1 引言
    2.2 非线性光学响应
        2.2.1 麦克斯韦方程组
        2.2.2 二阶非线性光学过程
        2.2.3 三阶非线性光学过程
        2.2.4 波在非线性光学介质内传播
    2.3 任意偏振光激发下的三阶非线性折射率
        2.3.1 各向同性非线性折射率
        2.3.2 各向异性非线性折射率
    2.4 本章小结
第三章 径向偏振光与各向异性非线性光学材料相互作用
    3.1 引言
    3.2 各向异性非线性光学材料中的矢量自衍射效应
    3.3 各向异性非线性光学材料对光强以及自旋角动量的调制
    3.4 本章小结
第四章 非线性克尔介质对椭圆偏振矢量光场的偏振调制
    4.1 引言
    4.2 椭圆偏振矢量光场的弱聚焦理论
    4.3 径向变化的非线性椭偏旋转
    4.4 各向异性克尔非线性导致的椭偏旋转
    4.5 各向异性克尔非线性介质对椭圆偏振矢量光场的偏振调制
    4.6 本章小结
第五章 杂化偏振矢量光场通过各向同性/异性非线性克尔介质后的偏振演化
    5.1 引言
    5.2 杂化偏振矢量光场与非线性克尔介质相互作用的基础理论
        5.2.1 杂化偏振矢量光场弱聚焦的基础理论
        5.2.2 杂化偏振矢量光场的空间自相位调制
        5.2.3 椭圆偏振光Z-scan技术表征各向异性非线性
    5.3 BaF_2材料的闭孔Z-scan表征
    5.4 各向同性非线性克尔介质对杂化偏振矢量光场的偏振调制
    5.5 各向异性非线性克尔介质对杂化偏振矢量光场的偏振调制
    5.6 本章小结
第六章 全庞加莱光束的传输特性以及奇点演化
    6.1 引言
    6.2 全庞加莱光束传输特性
        6.2.1 几种典型的全庞加莱光束
        6.2.2 全庞加莱光束在自由空间中的传输特性
        6.2.3 聚焦的全庞加莱光束经非线性克尔介质调制后的传输特性
    6.3 全庞加莱光束在非线性介质中的偏振旋转
    6.4 全庞加莱光束经各向异性克尔非线性调制后的偏振奇点演化
    6.5 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 主要研究工作
    7.2 展望与建议
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文与研究成果

(5)克尔效应对厄米-高斯光束传输特性的影响(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
1 引言
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 厄米-高斯光束克尔效应研究现状
        1.2.2 非均匀大气克尔自聚焦效应研究现状
    1.3 研究内容及各章节安排
2 基础理论
    2.1 光克尔效应的基础理论
    2.2 非线性薛定谔方程的求解
        2.2.1 解析求解
        2.2.2 数值求解
    2.3 厄米-高斯光束
3 克尔效应对厄米-高斯光束传输特性影响的研究
    3.1 束宽和曲率半径的解析公式和传输特性
    3.2 瑞利长度
    3.3 M~2因子
    3.4 ABCD定律
    3.5 克尔非线性特性
    3.6 本章结论
4 非均匀大气中克尔自聚焦效应对厄米-高斯光束传输特性的影响
    4.1 理论模型和解析公式
    4.2 束宽公式修正
    4.3 M~2因子
    4.4 H-G光束光强分布和相位校正
    4.5 本章结论
5 主要结论及创新点
    5.1 主要结论
    5.2 主要创新点
参考文献
致谢
在校期间科研成果

(6)基于贝塞尔光束的飞秒激光动态全息加工微环结构及其应用研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
引言
第1章 绪论
    1.1 飞秒激光技术与非线性效应
    1.2 飞秒激光双光子聚合原理及其特性
        1.2.1 双光子吸收原理
        1.2.2 飞秒激光双光子聚合原理
        1.2.3 飞秒激光双光子聚合加工特性
    1.3 飞秒激光双光子聚合加工的应用
        1.3.1 微纳米光学
        1.3.2 微纳米机械
        1.3.3 细胞组织工程
        1.3.4 微流体
        1.3.5 超材料
    1.4 飞秒激光双光子加工技术发展现状
        1.4.1 双光子聚合单元的理论模型
        1.4.2 飞秒激光直写光路的空间分辨率
        1.4.3 飞秒激光双光子聚合的加工效率
        1.4.4 提升飞秒激光并行加工的分辨率
    1.5 课题的意义及主要研究内容
第2章 空间光调制技术及贝塞尔光的传播特性
    2.1 空间光调制技术
        2.1.1 空间光调制器
        2.1.2 硅基液晶空间光调制器的相位校正
        2.1.3 计算全息算法与特殊解析光场
    2.2 贝塞尔光简介及其应用
        2.2.1 贝塞尔光概念
        2.2.2 贝塞尔光的产生及应用
    2.3 贝塞尔光的传播特性
        2.3.1 贝塞尔光的长距离无衍射特性
        2.3.2 Debye衍射理论
        2.3.3 贝塞尔光在高数值孔径物镜下的聚焦特性
    2.4 本章小结
第3章 可控飞秒激光贝塞尔光束调制及微管类结构加工
    3.1 飞秒贝塞尔光束双光子聚合加工系统及微管类结构加工研究
        3.1.1 微管类结构的加工方法及主要应用
        3.1.2 飞秒激光贝塞尔光束双光子聚合加工系统
        3.1.3 实验参数分析及全息图生成
        3.1.4 微管类加工参数优化及加工结果统计分析
    3.2 可控飞秒激光贝塞尔光束调制
        3.2.1 整体压缩全息图相位深度实现光场调控原理
        3.2.2 部分压缩全息图相位深度实现光场调控原理
    3.3 动态全息加工变截面微管结构
        3.3.1 压缩全息图相位深度实现等壁厚管道加工
        3.3.2 动态全息加工变截面微管结构
    3.4 本章小结
第4章 变截面微管阵列用作细胞支架
    4.1 生物细胞支架结构的研究背景
        4.1.1 水凝胶为基础的细胞培养
        4.1.2 几何受限环境下的细胞培养
    4.2 动态全息方法制备细胞支架结构
        4.2.1 生物兼容性细胞支架结构的制备
        4.2.2 细胞捕获进入微管的方法
    4.3 酵母菌在受限环境中的生长特性
        4.3.1 酵母菌在不同直径微管内的生长特性
        4.3.2 酵母菌在变截面微管提供的三维受限环境内的生长特性
    4.4 本章小结
第5章 针头内集成微管阵列制备过滤器件
    5.1 集成微流控器件研究背景
        5.1.1 传统微流控器件应用领域及加工方法
        5.1.2 新型集成式微流控系统研究进展
    5.2 针头内微管阵列集成方法
        5.2.1 针头内部双光子聚合加工参数研究
        5.2.2 微管阵列结构排布形式对结构的影响
    5.3 微过滤器件的性能表征
        5.3.1 微过滤器内微管的几何特征定量表征
        5.3.2 微过滤器件过滤微粒的性能表征
    5.4 本章小结
第6章 全息双光子聚合加工环形回音壁模式微腔
    6.1 回音壁模式光学谐振腔
        6.1.1 回音壁模式光学微腔的原理及主要参数
        6.1.2 回音壁模式微腔加工方法
        6.1.3 回音壁模式微腔应用领域
    6.2 光学回音壁模式测试方法
        6.2.1 光纤锥耦合探测
        6.2.2 光致荧光发光式探测
    6.3 全息双光子聚合加工微腔及其中的回音壁模式表征
        6.3.1 全息双光子聚合加工微腔的参数研究
        6.3.2 环形管道内的回音壁模式检测及理论分析
    6.4 本章小结
第7章 总结与展望
    7.1 本论文的主要研究内容
    7.2 研究工作的创新之处
    7.3 论文工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

(7)飞秒强激光在不同大气环境中传输成丝及其热沉积过程研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 飞秒强激光大气传输成丝
        1.1.1 成丝物理机制
        1.1.2 成丝物理模型
        1.1.3 光丝基本特征
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 飞秒激光在不同大气环境中传输成丝研究进展
        1.2.2 飞秒激光大气传输成丝热沉积过程研究进展
        1.2.3 飞秒激光热沉积影响云雾微物理过程研究进展
    1.3 存在的问题
    1.4 本文的研究内容和章节安排
        1.4.1 主要内容
        1.4.2 论文结构
第二章 基本理论与方法
    2.1 云降水物理基本理论
    2.2 飞秒激光大气传输仿真模型
        2.2.1 NLSE传播方程
        2.2.2 数值模拟方法
    2.3 气体介质的热响应过程
        2.3.1 热传导方程
        2.3.2 温度场扰动
    2.4 仿真个例
    2.5 本章小结
第三章 水汽电离对飞秒激光成丝及热沉积的影响
    3.1 研究方法
        3.1.1 水汽电离项的引入
        3.1.2 大气湿度相关
    3.2 水汽电离对飞秒激光非线性传输的影响
        3.2.1 800nm波段飞秒激光传输
        3.2.2 248nm波段飞秒激光传输
    3.3 不同大气湿度环境中的飞秒激光传输
        3.3.1 大气湿度对飞秒激光传输特征的影响
        3.3.2 大气湿度对光丝热沉积特征的影响
    3.4 本章小结
第四章 云雾粒子散射对飞秒激光传输和热沉积的影响
    4.1 云雾中激光传输理论基础
        4.1.1 雾的衰减作用
        4.1.2 雾衰减预测模型
    4.2 飞秒激光在云雾中传输仿真模型
        4.2.1 传播方程
        4.2.2 数值求解方法
        4.2.3 网格设置和初边界条件
    4.3 飞秒激光在云雾环境中的非线性传输
        4.3.1 不同传输介质对比
        4.3.2 粒子浓度和粒子大小的影响
        4.3.3 粒子谱分布特征的影响
    4.4 云雾环境中飞秒激光成丝的热沉积特征
        4.4.1 计算方法
        4.4.2 云雾粒子浓度和大小的影响
        4.4.3 三类云雾中热沉积特征
    4.5 本章小结
第五章 光丝热沉积影响过冷水滴冻结效能的机理
    5.1 两类诱导过冷水滴冻结实验概况
    5.2 理论分析方法
    5.3 不同聚焦条件下光丝热沉积特征对比
        5.3.1 光丝传输特征对比分析
        5.3.2 不同聚焦条件下入射脉冲能量对热沉积的影响
    5.4 不同气体环境中成丝热沉积对比
    5.5 本章小结
第六章 利用时间艾里飞秒脉冲增强光丝能量沉积
    6.1 初始光场的构建
    6.2 飞秒Airy脉冲在空气介质中成丝特性
    6.3 艾里脉冲参数对形成光丝特征的影响
    6.4 本章小结
第七章 结论与展望
    7.1 主要工作及结论
    7.2 本文的创新之处
    7.3 下一步工作展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
附录A 传播方程数值求解
附录B 湍流相位屏的构建

(8)基于空间光场调制的飞秒激光大气成丝效应研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题的意义和潜在应用
        1.1.1 课题的意义
        1.1.2 潜在应用
    1.2 国内外研究现状
    1.3 论文的主要内容及结构安排
        1.3.1 主要内容
        1.3.2 论文结构
第二章 飞秒激光大气成丝基本理论
    2.1 非线性慢包络方程(Nonlinear Envelop Equations)
    2.2 线性效应
    2.3 非线性光学响应
        2.3.1 光学克尔效应
        2.3.2 等离子的产生
        2.3.3 等离子对飞秒激光的散焦作用和多光子吸收作用
    2.4 非线性慢包络方程算法
第三章 空间相位扰动位置对成丝的影响
    3.1 湍流屏的构造
    3.2 结果和讨论
    3.3 小结
第四章 基于空间相位调制延长光丝
    4.1 二维声光调制方案的构建
    4.2 结果和讨论
    4.3 小结
第五章 基于空间振幅调制延长光丝
    5.1 初始光场的构建
    5.2 结果和讨论
        5.2.1 伪Mathieu光与高斯光的成丝比较
        5.2.2 不同旁瓣数的伪Mathieu光成丝特性分析
    5.3 小结
第六章 基于空间振幅调制延长光丝
    6.1 抛物加速光产生抛物轨迹的飞秒光丝
        6.1.1 初始光场的构建
        6.1.2 结果和讨论
        6.1.3 小结
    6.2 多丝相互竞争与融合延长抛物拐弯光丝长度
        6.2.1 初始光场的构建
        6.2.2 结果和讨论
        6.2.3 小结
第七章 基于特殊光场构造新颖传输模式光丝
    7.1 具备多次拐弯特性的蛇形光丝
        7.1.1 初始光场的构建
        7.1.2 结果和讨论
        7.1.3 小结
    7.2 自加速Mathieu光场调制:从椭圆轨迹光丝到光孤子再到环形光子弹
        7.2.1 初始光场的构建
        7.2.2 结果和讨论
        7.2.3 小结
第八章 结束语
    8.1 工作总结及创新点
        8.1.1 工作总结
        8.1.2 创新点
    8.2 展望与思考
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果

(9)非自治涡旋光束及涡旋孤子的激发和调控研究(论文提纲范文)

中文摘要
Abstract
第一章 序言
    1.1 涡旋光束研究背景
    1.2 涡旋光波主要模式
    1.3 论文的研究目的和主要内容
    参考文献
第二章 涡旋光波及其研究方法
    2.1 涡旋光波传输理论模型
    2.2 典型非线性响应下的无量纲化非线性薛定谔方程
    2.3 形变约化方法求涡旋解析解
    2.4 变分法求涡旋准解析解
    2.5 牛顿迭代数值求解
    2.6 线性稳定性分析
    2.7 直接数值模拟
    2.8 小结
    参考文献
第三章 非局域介质中拉盖尔-高斯型方位角调制涡旋光束研究
    3.1 非局域非线性介质研究背景
    3.2 理论模型及形变约化
    3.3 拉盖尔-高斯型方位角调制涡旋光束传输稳定性分析
    3.4 小结
    参考文献
第四章 强非局域非线性介质中惠特克涡旋孤子研究
    4.1 强非局域非线性介质研究背景
    4.2 理论模型及形变约化
    4.3 自相似旋转惠特克孤子特性研究
    4.4 涡旋相互作用轨迹理论研究
    4.5 小结
    参考文献
第五章 自聚焦缓变折射率波导中非自治亮涡旋研究
    5.1 缓变折射率波导研究背景
    5.2 理论模型及形变约化
    5.3 非自治涡旋光束演化特性研究
    5.4 小结
    参考文献
第六章 空间变化外电场作用下涡旋孤子研究
    6.1 外电场线性调制下涡旋研究背景
    6.2 理论模型及变分分析
    6.3 高斯型外电场势下非线性介质的数值涡旋解
    6.4 非谐振势下准解析方位角调制涡旋
    6.5 涡旋孤子数值演化分析
    6.6 小结
    参考文献
第七章 非线性空间调制介质中涡旋孤子研究
    7.1 非线性项空间调制研究背景
    7.2 理论模型及形变约化法
    7.3 涡旋光束及涡旋光孤子
    7.4 解析解线性稳定性分析
    7.5 数值解及线性稳定性分析
    7.6 直接模拟演化分析
    7.7 小结
    参考文献
结束语
攻读博士学位期间公开发表的论文
致谢

(10)强非线性作用下超短脉冲激光的检测与控制机理研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 概述
    1.1 选题背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 激光脉冲的时空表征技术的研究进展
        1.2.2 激光脉冲非线性传输过程中其时空演化的研究进展
        1.2.3 激光脉冲诱导生成的等离子体通道的研究进展
        1.2.4 环形光束的产生方法的研究进展
    1.3 本文框架
第2章 强激光脉冲非线性传输的基础理论
    2.1 引言
    2.2 激光脉冲非线性传输的理论模型及数值分析方法
        2.2.1 激光脉冲非线性传输的理论模型
        2.2.2 激光脉冲非线性传输的数值分析方法
    2.3 激光脉冲非线性传输时自聚焦效应的相关特性
    2.4 激光脉冲在等离子体通道中传输的理论模型
    2.5 本章小结
第3章 超短脉冲激光不同空间位置的时空测量
    3.1 引言
    3.2 实验装置
    3.3 实验结果及分析
        3.3.1 超短脉冲激光的空间演变规律
        3.3.2 超短脉冲激光不同空间位置的时间演变规律
    3.4 一种改进型的激光不同空间位置的时空测量的方法
        3.4.1 实验装置及测量过程
        3.4.2 实验结果及分析
    3.5 本章小结
第4章 长寿命可控形状激光等离子体通道的产生
    4.1 引言
    4.2 实验装置
    4.3 实验结果及分析
        4.3.1 等离子体通道的长度测量及形状控制
        4.3.2 等离子体通道的寿命测量
    4.4 基于渐变折射率等离子体通道的空间光调制
        4.4.1 实验装置
        4.4.2 实验结果及分析
    4.5 本章小结
第5章 基于渐变折射率等离子体通道的环形光束的产生
    5.1 引言
    5.2 实验装置及原理分析
    5.3 实验结果及分析
    5.4 等离子体通道对产生环形光束的影响研究
    5.5 基于拓扑绝缘体Sb2Te3产生环形光束
        5.5.1 材料制备、表征及实验装置
        5.5.2 实验结果及分析
    5.6 本章小结
结论
参考文献
致谢
附录 A 攻读博士学位期间已发表与待发表的论文
附录 B 攻读博士学位期间参与的相关课题
附录 C 攻读博士学位期间所获奖励

四、环形斑激光束在非线性克尔介质中的光束分裂效应(论文参考文献)

  • [1]可调谐笼目晶格中的锥形衍射[D]. 杨景财. 太原理工大学, 2021(01)
  • [2]倏逝场在原子介质中非线性传播特性研究[D]. 周勇. 山东师范大学, 2021
  • [3]超宽光谱飞秒激光的产生、放大及载波包络相移控制研究[D]. 蒋建旺. 西安电子科技大学, 2020(02)
  • [4]各向同性/异性非线性克尔介质对矢量光场的偏振调制[D]. 闻博. 东南大学, 2020(02)
  • [5]克尔效应对厄米-高斯光束传输特性的影响[D]. 范小利. 四川师范大学, 2020(08)
  • [6]基于贝塞尔光束的飞秒激光动态全息加工微环结构及其应用研究[D]. 姬生云. 中国科学技术大学, 2020(01)
  • [7]飞秒强激光在不同大气环境中传输成丝及其热沉积过程研究[D]. 曾庆伟. 国防科技大学, 2020(01)
  • [8]基于空间光场调制的飞秒激光大气成丝效应研究[D]. 胡瑜泽. 国防科技大学, 2017(02)
  • [9]非自治涡旋光束及涡旋孤子的激发和调控研究[D]. 来娴静. 苏州大学, 2016(05)
  • [10]强非线性作用下超短脉冲激光的检测与控制机理研究[D]. 谭超. 湖南大学, 2015(03)

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环形光斑激光束在非线性克尔介质中的分束效应
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