留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

非线性介质中的强激光系统自聚焦现象的仿真分析

李冬冬,  张鹏博,  张稳稳,  佘江波

downloadPDF
文章导航 > 红外与激光工程  > 2019 >  48(7): 706003-0706003(9)
李冬冬, 张鹏博, 张稳稳, 佘江波. 非线性介质中的强激光系统自聚焦现象的仿真分析[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(7): 706003-0706003(9). doi: 10.3788/IRLA201948.0706003
引用本文: 李冬冬, 张鹏博, 张稳稳, 佘江波. 非线性介质中的强激光系统自聚焦现象的仿真分析[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(7): 706003-0706003(9). doi: 10.3788/IRLA201948.0706003
shu
Li Dongdong, Zhang Pengbo, Zhang Wenwen, She Jiangbo. Simulation and analysis of the self-focusing phenomenon of high intensity laser systems in nonlinear medium[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(7): 706003-0706003(9). doi: 10.3788/IRLA201948.0706003
Citation: Li Dongdong, Zhang Pengbo, Zhang Wenwen, She Jiangbo. Simulation and analysis of the self-focusing phenomenon of high intensity laser systems in nonlinear medium[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(7): 706003-0706003(9). doi: 10.3788/IRLA201948.0706003
shu

非线性介质中的强激光系统自聚焦现象的仿真分析

doi: 10.3788/IRLA201948.0706003
  • 1.

    西安邮电大学 电子工程学院,陕西 西安 710121;

  • 2.

    中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室,陕西 西安 710119

基金项目: 

国家自然科学基金（61505161）

详细信息
    作者简介:

    李冬冬(1982-),女,副教授,博士,主要从事微纳光学材料和器件方面的研究。Email:dongdong19821111@163.com

  • 中图分类号: O437;O439

Simulation and analysis of the self-focusing phenomenon of high intensity laser systems in nonlinear medium

  • 1.

    School of Electronic Engineering,Xi'an University of Post &Telecommunications,Xi'an 710121,China;

  • 2.

    State Key Laboratory of Transient Optics and Photonics,Xi'an Institute of Opticsand Precision Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Xi'an 710119,China

  • 摘要: 以强激光系统和自聚焦理论的研究为出发点，主要采用光束传输法和光线追迹法分析了非线性介质下的强激光光束传输过程。并且，基于适合于非线性介质下光线追迹的亚当斯法和基于梯度信息的光强分布的恢复算法，仿真模拟出光强与透镜厚度、介质折射率、透镜曲率半径以及入射光束半径的关系；同时结合光学设计软件，不仅得出了折射率与光强的乘积与焦点位置的变化关系，还通过点列图中的数据直观地反映出系统结果的成像质量，最后对光线追迹法和光束传输法两种光学方法进行了对比分析。仿真分析结果可以判断出系统的哪些部分容易受到自聚焦的影响，进而可以通过改进某些参数的大小，减少并消除其不利影响，找到适合于强激光系统的最优方法。
    Abstract: Based on high intensity laser systems theory and self-focusing research, the nonlinear medium under the beam transmission process was described using the beam propagation method and ray tracing method. Besides, it was found that some ways were suitable for nonlinear medium, such as Adams method under the ray tracing method and recovery algorithm based on gradient information of intensity distribution. Finally, the simulation results revealed the relationship between the light intensity and these factors, including lens thickness, the refractive index of medium, the lens curvature radius and the radius of the incident beam. And combined with optical design software, it not only reflected the relationship between the product of the refractive index and the light intensity and the focus position changes, but also the results of image quality intuitively through the data of spot diagram. And two kinds of main optical methods, the ray tracing method and the beam propagation method, were made for the comparative analysis. According the simulation results, it could be determined that bits of the system was easily affected by self-focusing, so the size of certain parameters could be improved, the adverse effect could be reduced and eliminated, and an optimal method which was suitable for strong laser system could be found.
  • [1] Censor D. Ray theoretic analysis of spatial and temporal self-focusing in general weakly nonlinear media[J]. Phys Rev A,1977, 16(4):1673-1677.
    [2] Wen Shuangchun. Study on nonlinear self-focusing effect of and intense laser[D]. Beijing:Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, 2001. (in Chinese)
    [3] Kasparian J, Solle J, Richard M, et al. Ray-tracing simulation of ionization-free filamentation[J]. Appl Phys B, 2004, 79(2):947-951.
    [4] Dragoman D. Tracing rays through graded-index media:A new method[J]. Appl Opt, 1982, 21(6):984-987.
    [5] Gao H H, Tian L, Zhang B, et al. Iterative nonlinear beam propagation using Hamiltonian ray tracing and Wigner distribution function[J]. Opt Lett, 2010, 35(24):4148-4150.
    [6] Peng Z T, Jing F, Liu L Q, et al. Power spectra density estimation of quality of the laserbeam passing through an selffocusing media[J]. Acta Phys Sin, 2003, 52(1):87-90.
    [7] Run Wangchao, Ceng Zhaofeng, Li Xiaotong, et al. Simulation analysis of nonlinear self-focusing phenomenon based on ray optics[J]. Acta Phys Sin, 2013, 62(4):044202. (in Chinese)
    [8] Wang Weiwei. Simulation of nonlinear self-focusing phenomenon of intense laser based on iterative method of light optics[D]. Hangzhou:Zhejiang University, 2016. (in Chinese)
    [9] Yang Dengcai, Yang Zuoyun, Wang Dayong. Theoretical analysis on array of integrated optical waveguides applied in laser-phased-array system[J]. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(8):1997-2002. (in Chinese)
    [10] Si Tongling, Piao Yan, Li Min. Research on collimation of LED naked eye 3D display technology based on ray tracing[J]. Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(6):0603002. (in Chinese)
    [11] Anwar M N Y, Smal L R D. Geometrical-optics solution for self-focusing in nonlinear optics[J]. J Opt Soc Am B, 1981, 71(1):124-126.
    [12] Run Wangchao, Ceng Zhaofeng, Li Xiaotong, et al. Simulation and analysis of nonlinear self-focusing phenomennon based on ray-tracing[J]. Institute of Physics, Chinese Academy of Scienes, 2013, 62(4):1-6.
    [13] Qiao Yafu. Gradient Refractive Index Optics[M]. Beijing:Science Press, 1991:170-189. (in Chinese)
    [14] Zhang Luwei. Simulation and analysis of nonlinear effect of intense laser based on ray tracing[D]. Hangzhou:Zhejiang University, 2014. (in Chinese)
    [15] Li Zhongdong, Guo Qilin, Lin Weigan. Numerical study on self-focusing effect of beams[J]. Chinese Journal of Lasers, 1999, 26(8):711-716. (in Chinese)
    [16] Run Wangchao. Simulation and analysis of intense laser self-focusing based on light optics[D]. Hangzhou:Zhejiang University, 2013. (in Chinese)
  • [1] 朱泉锦, 马浩统, 陈炳旭, 邢英琪, 林俊杰, 谭毅.  双自由曲面光束整形系统的虚拟面迭代设计法 . 红外与激光工程, 2024, 53(2): 20230587-1-20230587-11. doi: 10.3788/IRLA20230587
    [2] 俞兵, 储隽伟, 范纪红, 腾国奇, 王曼, 杨传森, 郭磊, 袁林光, 李燕, 金伟其.  基于光线追迹法的低温辐射计光吸收腔设计 . 红外与激光工程, 2022, 51(8): 20210918-1-20210918-6. doi: 10.3788/IRLA20210918
    [3] 朱子健, 张贵阳, 杨明, 霍炬, 薛牧遥.  基于法化矩阵降维的多相机快速光束法平差算法 . 红外与激光工程, 2021, 50(2): 20200156-1-20200156-9. doi: 10.3788/IRLA20200156
    [4] 潘宁, 梁勖, 林颖, 潘冰冰, 方晓东.  准分子激光系统中模拟信号的传输方法 . 红外与激光工程, 2019, 48(9): 905003-0905003(5). doi: 10.3788/IRLA201948.0905003
    [5] 李博, 杨军, 黄楠, 石玉松.  基于激光干涉法测水介质正弦压力的动态校准技术 . 红外与激光工程, 2019, 48(8): 805003-0805003(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0805003
    [6] 熊浩西, 易仕和, 丁浩林, 徐席旺, 欧阳天赐.  三维无规则不均匀折射率场光线追迹新方法 . 红外与激光工程, 2019, 48(5): 503005-0503005(9). doi: 10.3788/IRLA201948.0503005
    [7] 郭波.  基于二维材料非线性效应的多波长超快激光器研究进展(特邀) . 红外与激光工程, 2019, 48(1): 103002-0103002(22). doi: 10.3788/IRLA201948.0103002
    [8] 刘全喜, 任钢, 李轶国, 岳通, 王莉, 肖星, 邓翠, 李佳玲.  激光二极管端面抽运梯度浓度掺杂介质激光器热效应的有限元法分析 . 红外与激光工程, 2019, 48(11): 1105004-1105004(11). doi: 10.3788/IRLA201948.1105004
    [9] 张发强, 张维光, 万文博.  基于光线追迹的红外探测光学系统杂散辐射研究 . 红外与激光工程, 2019, 48(9): 904006-0904006(6). doi: 10.3788/IRLA201948.0904006
    [10] 吕思奇, 卢尚, 陈檬.  抑制高峰值功率皮秒激光放大系统Nd:YAG中的自聚焦效应 . 红外与激光工程, 2019, 48(9): 905001-0905001(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0905001
    [11] 佀同岭, 朴燕, 李敏.  基于光线追迹的LED裸眼三维显示技术准直性研究 . 红外与激光工程, 2018, 47(6): 603002-0603002(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0603002
    [12] 黄奕钒, 徐启峰, 陈霖扬, 谭巧, 谢楠.  改善OVT内电场分布的介质包裹法 . 红外与激光工程, 2017, 46(7): 722004-0722004(8). doi: 10.3788/IRLA201746.0722004
    [13] 王彦斌, 陈前荣, 朱荣臻, 任广森, 周旋风, 李华.  光电探测器上多组圆环条纹的现象与机理 . 红外与激光工程, 2017, 46(10): 1003004-1003004(6). doi: 10.3788/IRLA201749.1003004
    [14] 康子建, 谷一英, 朱文武, 范峰, 胡晶晶, 赵明山.  利用DFB激光器非线性的高线性射频光传输链路 . 红外与激光工程, 2016, 45(8): 806004-0806004(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0806004
    [15] 贾冠男, 尧舜, 潘飞, 高祥宇, 王智勇.  探针扫描法快速测量半导体激光阵列Smile效应 . 红外与激光工程, 2015, 44(12): 3576-3579.
    [16] 常金勇, 强希文, 胡月宏, 宗飞, 李志朝, 封双连.  激光传输光束抖动效应的数值模拟 . 红外与激光工程, 2015, 44(S1): 46-49.
    [17] 安盼龙, 赵瑞娟, 刘争光, 张旭峰, 李亦军.  激光线性扫频法快速标定法布里-珀罗标准具参数 . 红外与激光工程, 2015, 44(11): 3418-3423.
    [18] 朱艳英, 姚文颖, 李云涛, 魏勇, 王锁明.  计算全息法产生涡旋光束的实验 . 红外与激光工程, 2014, 43(12): 3907-3911.
    [19] 陶世兴, 杨丽玲, 赵新才, 胡腾, 李建中, 彭其先.  双曲正割脉冲在光纤中传输的非线性效应 . 红外与激光工程, 2013, 42(10): 2669-2671.
    [20] 杨秀峰, 董凤娟, 童峥嵘, 曹晔.  利用非线性偏振旋转效应的可调谐多波长光纤激光器 . 红外与激光工程, 2012, 41(1): 53-57.
  • 加载中
WeChat 点击查看大图
计量
  • 文章访问数:  509
  • HTML全文浏览量:  95
  • PDF下载量:  44
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2019-02-11
  • 修回日期:  2019-03-11
  • 刊出日期:  2019-07-25

非线性介质中的强激光系统自聚焦现象的仿真分析

doi: 10.3788/IRLA201948.0706003
  • 1. 西安邮电大学 电子工程学院,陕西 西安 710121;
  • 2. 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室,陕西 西安 710119
    • 作者简介:

    李冬冬(1982-),女,副教授,博士,主要从事微纳光学材料和器件方面的研究。Email:dongdong19821111@163.com

  • 收稿日期: 2019-02-11
  • 修回日期: 2019-03-11
  • 刊出日期: 2019-07-25
基金项目:

国家自然科学基金（61505161）

  • 中图分类号: O437;O439

摘要: 以强激光系统和自聚焦理论的研究为出发点，主要采用光束传输法和光线追迹法分析了非线性介质下的强激光光束传输过程。并且，基于适合于非线性介质下光线追迹的亚当斯法和基于梯度信息的光强分布的恢复算法，仿真模拟出光强与透镜厚度、介质折射率、透镜曲率半径以及入射光束半径的关系；同时结合光学设计软件，不仅得出了折射率与光强的乘积与焦点位置的变化关系，还通过点列图中的数据直观地反映出系统结果的成像质量，最后对光线追迹法和光束传输法两种光学方法进行了对比分析。仿真分析结果可以判断出系统的哪些部分容易受到自聚焦的影响，进而可以通过改进某些参数的大小，减少并消除其不利影响，找到适合于强激光系统的最优方法。

English Abstract

    全文HTML

参考文献 (16)

目录

    /

    返回文章
    返回

    版权所有 © 2019 《红外与激光工程》编辑部｜ 地址: 天津市空港经济区中环西路58号｜ 邮政编码: 300308

    津ICP备19007885号-1

    本系统由 北京仁和汇智信息技术有限公司 开发    百度统计