多散射物非線性熱像模擬軟件設(shè)計與數(shù)值分析.pdf

1、受小尺度散射物調(diào)制的強激光束通過非線性介質(zhì)后，在下游的某處能夠產(chǎn)生形似散射物且強度遠高于背景光強度的光斑，這種現(xiàn)象稱為熱像效應(yīng)。即使激光系統(tǒng)運行在很安全的損害閥值以內(nèi)，產(chǎn)生的熱像也可能對激光系統(tǒng)的安全運行帶來巨大的損傷，從而限制了高功率激光系統(tǒng)的性能提升。在高功率激光系統(tǒng)研制、激光非線性傳輸研究等方面，計算機數(shù)值模擬已經(jīng)成為一種重要的輔助手段，它能夠以較低的成本再現(xiàn)、預(yù)測一些重要的非線性傳輸現(xiàn)象，幫助發(fā)現(xiàn)相關(guān)的傳輸特性。在熱像效應(yīng)研究方

2、面，計算機數(shù)值模擬已經(jīng)發(fā)揮了重要的作用。單散射物調(diào)制情況下的熱像效應(yīng)的一些基本規(guī)律以及強度調(diào)制型雙散射物相互作用下的熱像形成規(guī)律已經(jīng)逐漸被提示出來。
　　本文針對雙相位型散射物的熱像效應(yīng)這一重要問題，通過設(shè)計相應(yīng)的計算機數(shù)值模擬軟件對它進行系統(tǒng)的研究；在得到實現(xiàn)對多相位型散射物調(diào)制下產(chǎn)生熱像的非線性傳輸過程進行數(shù)值模擬的軟件的基礎(chǔ)上，進而研究了兩平行線狀相位型散射物情況下的熱像效應(yīng)，獲得了相應(yīng)的基本規(guī)律。主要工作如下：
　　

3、第一，設(shè)計并開發(fā)了針對多相位型散射物的非線性熱像效應(yīng)的計算機數(shù)值模擬軟件。此軟件以對稱分步快速傅里葉變換算法為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了對光束入射情況下光束通過由多個線狀散射物、自由空間、克爾非線性介質(zhì)等組合而成的直線光路中的傳播進行數(shù)值模擬，并集光路參數(shù)設(shè)置、數(shù)值模擬、數(shù)據(jù)可視化于一體。此外，軟件提供了類似CCD相機的光場振幅分布數(shù)據(jù)截取、結(jié)果數(shù)據(jù)一鍵圖形化等提高分析效率的實用功能。還設(shè)計了僅考慮光束橫截面一個維度的光束一維樣本情況，減少了傳輸模擬

4、運算的數(shù)據(jù)量，能夠提高定性分析的效率。
　　第二，對雙相位型散射物情形下的熱像效應(yīng)開展了較系統(tǒng)的數(shù)值模擬研究。首先研究了光束經(jīng)雙相位型散射物調(diào)制后的傳輸過程中是否能夠產(chǎn)生熱像、熱像條紋的數(shù)量、熱像面的軸上傳輸距離等最基本的問題，發(fā)現(xiàn)在共軛面附近的平面上能夠產(chǎn)生截面內(nèi)位置與散射物位置對應(yīng)的雙熱像條紋。此外，散射物引起的相位調(diào)制深度和兩個散射物之間的間距是本文研究的情況中的兩個基本因素。本文對它們對熱像面上最大光強度的影響進行了深入的