納米懸濁液及空氣中激光束自會聚效應研究.pdf

1、進入21世紀以來,激光技術在以激光加工為代表的民用領域和以激光武器為代表的國防領域,得到高度重視并獲得長足進步。但同時,也對提高激光器輸出功率和光束質量,及對改善激光傳輸特性與探索新的操控方式,提出了緊迫需求。本文在此需求背景下,從探索激光束在不同介質中傳輸時可能發(fā)生的自會聚效應入手,實驗研究并提出了可提高激光遠場功率密度的新方法、新途徑與應用方向。
　　分步傅里葉算法是全文模擬激光束傳輸過程的基本方法,艾里光束是研究激光束在空氣

2、自會聚的基礎。因此,論文首先介紹了分步傅里葉理論模擬算法的基本思想、求解過程和結果;基于理論模擬和相關實驗結果,簡要論述了艾里光束發(fā)展概況、基本理論、實驗結論和基本特性。
　　從分析正、負極化納米懸濁液中光束對納米微粒的梯度力入手,建立了激光束在納米懸濁液中傳輸?shù)姆蔷€性理論模型,進行了激光束在負極化納米懸濁液中自會聚效應的仿真模擬;分別制備了多種濃度的正、負極化納米懸濁液樣品,實驗上通過分析和觀察光束側向和橫向的傳輸行為,觀察到了

3、激光束在負極化納米懸濁液中的自會聚效應,驗證了此自會聚效應穩(wěn)定抑制光束衍射的預測;通過對比正、負極化納米懸濁液在不同非線性條件下的光強透過率,實驗驗證了負極化納米懸濁液中光束的自感應透明效應。
　　分析了空氣中構建自會聚光束的基本條件和理論基礎,仿真了自會聚光束的傳輸過程,設計并建立了產生自會聚光束的實驗系統(tǒng),采用計算機產生全息膜片技術和液晶空間光調制技術,在實驗上產生了自會聚光束,并驗證了它的急劇會聚和會聚后蛻化成貝塞爾光束的特

4、性;為了加深對自會聚光束蛻化特性的理解和拓展其潛在應用機制,理論上推導了自會聚光束的遠場衍射結果,實驗上探討并實現(xiàn)了它對非吸收型微粒流的主動導引作用。
　　基于艾里光束的無衍射、自彎曲和自修復傳輸特性,提出了4路和8路一維艾里光束陣列合成自會聚光束的基本思路和原理,采用分步傅里葉算法仿真了合成的過程,搭建了相應的實驗系統(tǒng),實驗上實現(xiàn)了多路艾里光束合成的自會聚光束;發(fā)現(xiàn)了8路艾里光束合成的自會聚光束蛻化成“瓶子串”光束的現(xiàn)象,并實現(xiàn)

5、了對多個吸收型微粒的捕獲;采用酒精燈烤熱鋁箔的方法,在激光束傳輸路徑上模擬了氣流場,通過與高斯光束對比,驗證了合成自會聚光束的抗氣流擾動特性;此外,實驗實現(xiàn)了對合成自會聚光束會聚位置的控制及傳輸方向的非機械偏轉。
　　為了拓展自會聚光束的應用機制,實驗研究了高功率密度激光束對吸收型微粒的捕獲和推動。實驗實現(xiàn)了會聚型激光束對不規(guī)則、吸收型微粒的捕獲,設計了一系列實驗,基于光泳力的作用機理,證明了此捕獲機制與傳統(tǒng)機制的不同,分析論述了