基于光線光學(xué)的強激光自聚焦現(xiàn)象的仿真與分析.pdf

1、在研究強激光系統(tǒng)時，非線性自聚焦對光傳輸?shù)挠绊懯潜仨毧紤]的，因為當(dāng)強激光通過介質(zhì)發(fā)生自聚焦時，會使得某些位置的光功率密度迅速提高，可能造成固體材料的不可逆損傷。通過對包含線性及非線性介質(zhì)的實際系統(tǒng)進(jìn)行仿真，根據(jù)仿真結(jié)果來判斷系統(tǒng)中的哪些部件最可能受到自聚焦的影響，從而改進(jìn)系統(tǒng)參數(shù)來消除不利影響，就有可能優(yōu)化設(shè)計強激光系統(tǒng)。目前的光學(xué)設(shè)計軟件大多基于光線光學(xué)，能夠?qū)H含線性介質(zhì)的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。因此，利用光線光學(xué)仿真非線性自聚焦介質(zhì)

2、中的光傳輸，并與現(xiàn)有光學(xué)設(shè)計軟件結(jié)合，就可以仿真實際強激光系統(tǒng)，這對這類系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)試有重要的意義。
　　 非線性介質(zhì)中的光線追跡可以轉(zhuǎn)換為線性介質(zhì)的光線追跡加上光強分布對折射率分布的調(diào)制作用，即把非線性介質(zhì)分為許多小段，將每一小段看作是線性介質(zhì)并進(jìn)行光線追跡，而在每一段的端面上進(jìn)行光強分布和折射率分布的計算。光線追跡時采用了顯式亞當(dāng)斯法求解光線方程，解決了龍格庫塔法不適用于非線性光線追跡的問題。用網(wǎng)格統(tǒng)計方法求光強分布時會產(chǎn)

3、生量化誤差，為此，我們提出基于梯度信息的光強分布恢復(fù)算法，有效地抑制了量化誤差。仿真結(jié)果顯示，光束在自聚焦過程中會形成多個焦點，且第一個焦點位置隨光功率的提高而更靠近入射位置，此外，由于光束橫截面不同位置的折射率梯度不一樣，因此可能形成局部光束，當(dāng)局部光束足夠強時會產(chǎn)生側(cè)向發(fā)散的細(xì)光束。為了說明光線光學(xué)仿真方法的優(yōu)點，我們采用光束傳輸法對自聚焦進(jìn)行了仿真，并將它與光線光學(xué)方法進(jìn)行了對比。最后，利用一個包含了球面、非球面面型的線性介質(zhì)和非