超短脉冲光束及空间诱导色散性质研究

摘要

随着激光技术的快速发展,实验中已经可以得到接近光学振荡周期的超短激光脉冲.此类脉冲的时间和空间部分在传输过程中会相互耦合、相互影响,从而带来一系列的新的传输效应,成为当今激光领域的一个研究热点.该文在理论上研究了超短激光脉冲光束的传输问题,并给出了数值模拟结果.该文共分五章:第一章为前言;第二、三、四章介绍了作者在硕士研究生期间做的部分工作;第五章为结束语.具体内容安排如下:第一章:简要回顾了超短激光脉冲光束进展及其性质.第二章:首先介绍了Porras提出的超短脉冲光束表达式和复解析信号理论.然后分析了超短无啁啾和啁啾脉冲光束常用的复振幅包络表达式和缓变包络近似带来的空间奇异性.结果表明,对于脉冲宽度较长(相对于一个光学周期)的超短无啁啾脉冲光束可以使用缓变包络近似和复振幅包络表达式.但是对于啁啾脉冲光束,啁啾导致的脉冲光谱展宽仍然会导致脉冲光束的空间奇异性,脉冲啁啾比脉冲长度对脉冲空间奇异性出现的影响更大.令啁啾系数为零,则我们的结果可以演化为Porras等人关于无啁啾脉冲光束的结果.第三章:从超短高斯脉冲光束出发,用理论解析推导的方法,给出了一组新的超短脉冲光束的解析解,即Pulsed elegant Hermite-Gaussain Beams.此脉冲光束解的每个频率分量都是elegant Hermite-Gaussain光束,时间脉冲的形状是任意的,具有相同的衍射距离参数,并且可以描述短于一个光学周期的超短脉冲.文中分析了Pulsed elegant Hermite-Gaussain Beams的轴上光强、光强的横向分布、等衍射、脉冲极性反转、脉冲延迟等性质.讨论了引入缓变包络近似后出现的时空奇异性等.第四章:研究了自由空间中超短Bessel、Bessel-Gauss等脉冲光束的空间诱导色散.数值模拟的结果表明,只要相应的衍射距离大于空间诱导色散的距离,空间诱导色散理论可以很好的描述脉冲的演化过程;利用空间诱导色散可以补偿介质色散,从而可以在色散介质中实现无衍射无色散的类时空孤子的传输.第五章:结束语.

目录

文摘

英文文摘

致谢

第一章前言

1.1超短脉冲光束回顾

1.2本文的结构安排

第二章自由空间中超短脉冲光束的传输

2.1超短脉冲光束的普遍表达式和基本分析

2.2复解析信号理论

2.3超短脉冲光束空间奇异性的出现和消除

2.4小结

第三章超短Elegant Hermite-Gaussian脉冲光束

3.1超短Elegant Hermite-Gaussian脉冲光束的理论推导

3.2应用举例

3.3小结

第四章超短脉冲光束的空间诱导色散

4.1空间诱导色散的概念

4.2自由空间中空间诱导色散的数值模拟

4.3利用空间诱导色散补偿介质色散

4.4小结

第五章结束语

参考文献

攻读硕士期间公开发表或待发表的论文

个人简历

硕士学位论文授权书