光束在级联非线性介质中的传输特性研究

摘要

惯性约束聚变(InertialConfinementFusion，ICF)是受控核聚变的常用方法之一，属于当今国际上的重大前沿基础科研领域，对国防科技和未来能源开发有着极为重要的科学意义和应用价值。新一代ICF激光驱动器的主放大器均采用多程放大结构，放大器一般由八片左右的片状放大介质级联而成。因此，理解并掌握光束在级联非线性介质中的传输特性，从而避免光束在空间传输过程中产生过强的能量甚至造成元件损伤，对于ICF驱动器的设计与建造具有非常积极的意义。 基于此，本文共分两个部分。 第一部分，首先利用菲涅耳衍射原理和傅里叶变换方法，从理论上推导了高斯光束经过级联非线性介质光传输系统后，任意位置处出射光场振幅分布的解析表达式，并在理论分析的基础上进行了数值模拟计算；分析了解析解和数值计算结果之间的误差；研究了光场强度峰值大小、峰值出现的位置以及光束的束宽和调制因子等参量在级联介质中的变化关系；分析了介质之间不同的空间配置距离对光束传输性能的影响规律。研究表明，在介质排布过程中要尽量错开光强峰值位置，为避免破坏的产生，在实际应用中要对介质排布间距进行有效的优化。 第二部分，通过数值计算的方法，对级联介质光传输系统的“热像”(hotimage)效应进行了深入系统地研究，分析了“热像”的演变规律；研究了衍射物尺寸和介质排布间距对峰值光强的影响程度；得出了“热像”点的强度随介质排布间距的变化规律。研究表明，“热像”的强度与调制平面到介质入射面的距离基本上没有关系，但是与输入光束的强度和衍射物的半径有关；增大间距或者元件非周期性排列能够降低峰值光强，减轻非线性破坏的影响。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1引言

1.2国内外研究进展及方法

1.3论文的章节安排

第2章 理论基础

2.1非线性近轴波动方程

2.2非线性传输理论

2.2.1 B-T理论的物理模型

2.2.2 B积分

2.3非线性传输的分步傅里叶数值计算方法

2.4小结

第3章 级联非线性介质传输系统的光场特性分析

3.1单片非线性介质传输的场分布

3.1.1空间衍射分布

3.1.2非线性效应

3.2级联非线性介质传输的场分布

3.3仿真与讨论

3.3.1解析解与数值结果之间的相对误差

3.3.2介质的空间排布间距对光场强度的影响

3.3.3束宽和调制因子与介质排布间距的影响

3.4小结

第4章 非线性“热像”效应研究

4.1“热像”的概念及形成

4.2散射矩阵理论

4.3仿真分析

4.3.1衍射物尺寸与场分布的关系

4.3.2介质的排布间距与峰值光强的关系

4.3.3调整介质的排布间距以优化峰值光强

4.4小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文