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物理学报 2013年第4期62卷 156-161页

作者：阮望超岑兆丰李晓彤刘洋舟庞武斌浙江大学现代光学仪器国家重点实验室杭州310027

采用光线光学方法对非线性自聚焦现象进行仿真,能够从宏观上直观地体现强激光的传输过程,同时避免采用近轴近似、自相似近似等.本文采用在光传输路径上垂直于光轴切片的方法,将光的非线性传输转化为切片上的光对折射率的调制作用和切片... 详细信息

采用光线光学方法对非线性自聚焦现象进行仿真,能够从宏观上直观地体现强激光的传输过程,同时避免采用近轴近似、自相似近似等.本文采用在光传输路径上垂直于光轴切片的方法,将光的非线性传输转化为切片上的光对折射率的调制作用和切片间的线性传输.在切片端面上统计光强后对量化误差进行了抑制,而线性传输过程采用了亚当斯法求解光线方程从而解决了龙格库塔法等不能用于非线性光传输仿真的问题.仿真结果显示,强激光自聚焦在轴上有多个焦点,且第一个焦点的位置随光功率的增大而更靠近入射位置;由于追迹的是实际光线,故可以得到近轴区以外区域自聚焦及成丝(环)的情况,这对于强激光系统安全是有重要意义的.利用已有的同样基于光线追迹方法的光学设计、仿真软件,可以把非线性自聚焦介质和线性介质结合起来,仿真光在实际强激光系统中的传输.

关键词：实际光线追迹非线性自聚焦光传输仿真

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强激光系统光束质量的非线性退化及补偿研究

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光学学报 2014年第2期34卷 158-163页

作者：张鲁薇李晓彤岑兆丰阮望超罗红妹浙江大学现代光学仪器国家重点实验室浙江杭州310027

为了在强激光非线性传输仿真中综合考虑系统像差等因素,提出了一种基于光线追迹的非线性介质光追方法,并编程实现了线性介质与非线性介质的混合建模。以三片式聚焦系统为例,在系统中加入KDP晶体作为非线性介质,仿真分析了不同激光功率... 详细信息

为了在强激光非线性传输仿真中综合考虑系统像差等因素,提出了一种基于光线追迹的非线性介质光追方法,并编程实现了线性介质与非线性介质的混合建模。以三片式聚焦系统为例,在系统中加入KDP晶体作为非线性介质,仿真分析了不同激光功率密度下KDP晶体的非线性效应对光束质量的影响。仿真结果表明,当激光功率密度达到1.62×1010 W/cm2时,非线性效应会导致光束质量明显下降。在该仿真结果的基础上提出了在不改变焦面位置的情况下,将元件间隔作为补偿器进行系统优化的方法。优化结果表明,焦斑尺寸较优化前减小2.8μm,规范尺寸下的环围能量提高了16.2%,焦面处的光束质量得到显著改善。

关键词：非线性光学光传输仿真光线追迹强激光系统光束质量混合建模

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基于光线追迹的强激光非线性效应的仿真与分析

基于光线追迹的强激光非线性效应的仿真与分析

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作者：张鲁薇浙江大学

学位级别：硕士

在强激光系统中,三阶非线性效应是导致光束波前畸变,光束质量退化,甚至引起非线性自聚焦和“热像”效应的主要因素。如何减小非线性效应的影响,如何改善光束质量,如何提高强激光系统的性能,一直是强激光系统设计人员关注的焦点。本文基... 详细信息

在强激光系统中,三阶非线性效应是导致光束波前畸变,光束质量退化,甚至引起非线性自聚焦和“热像”效应的主要因素。如何减小非线性效应的影响,如何改善光束质量,如何提高强激光系统的性能,一直是强激光系统设计人员关注的焦点。本文基于几何光学方法,采用实际光线追迹进行强激光系统中非线性效应的仿真与分析,主要研究的是克尔型介质的三阶非线性效应对光传输及光束质量的影响。在实验室已经具备的非线性光追程序基础上,本文通过编写线性与非线性介质光追接口模块实现了两者的混合追迹。以含有非线性介质KDP晶体的三片式聚焦系统为例,本文对不同激光功率密度下KDP晶体的非线性效应对光束质量的影响进行了仿真分析,并根据仿真结果提出了在不改变焦面位置情况下,将元件间隔作为补偿器进行系统优化的方法。此外,本文通过测量元件面形误差对系统进行了实际面形建模,并进行了非线性光传输仿真,提出了采用旋转补偿方法减小面形误差对光束的调制作用的可行性。考虑到强激光系统光路复杂,且传统建模方法的交互性差,本文也开展了以元件、组件为基础的强激光系统建模方面的工作,主要完成了组建模块的设计与功能实现的相关工作。本文采用光线追迹的方法无须近轴近似,因而能在非线性传输仿真过程中综合考虑系统像差、元件面形误差的影响,此外,仿真结果和补偿方法也能为强激光系统的优化设计、加工和装调提供一定的指导。而强激光系统新建模方式的实现以及组件库等数据库的建立也为强激光设计工作提供了有力的支持。文中关于强激光光束质量的非线性退化与补偿的内容已在《光学学报》上发表论文一篇。

关键词：非线性光学光传输仿真光线追迹强激光系统光束质量

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基于光线光学的强激光自聚焦现象的仿真与分析

基于光线光学的强激光自聚焦现象的仿真与分析

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作者：阮望超浙江大学

学位级别：硕士

在研究强激光系统时,非线性自聚焦对光传输的影响是必须考虑的,因为当强激光通过介质发生自聚焦时,会使得某些位置的光功率密度迅速提高,可能造成固体材料的不可逆损伤。通过对包含线性及非线性介质的实际系统进行仿真,根据仿真结果来... 详细信息

在研究强激光系统时,非线性自聚焦对光传输的影响是必须考虑的,因为当强激光通过介质发生自聚焦时,会使得某些位置的光功率密度迅速提高,可能造成固体材料的不可逆损伤。通过对包含线性及非线性介质的实际系统进行仿真,根据仿真结果来判断系统中的哪些部件最可能受到自聚焦的影响,从而改进系统参数来消除不利影响,就有可能优化设计强激光系统。目前的光学设计软件大多基于光线光学,能够对仅含线性介质的光学系统进行仿真分析。因此,利用光线光学仿真非线性自聚焦介质中的光传输,并与现有光学设计软件结合,就可以仿真实际强激光系统,这对这类系统的设计、调试有重要的意义。非线性介质中的光线追迹可以转换为线性介质的光线追迹加上光强分布对折射率分布的调制作用,即把非线性介质分为许多小段,将每一小段看作是线性介质并进行光线追迹,而在每一段的端面上进行光强分布和折射率分布的计算。光线追迹时采用了显式亚当斯法求解光线方程,解决了龙格库塔法不适用于非线性光线追迹的问题。用网格统计方法求光强分布时会产生量化误差,为此,我们提出基于梯度信息的光强分布恢复算法,有效地抑制了量化误差。仿真结果显示,光束在自聚焦过程中会形成多个焦点,且第一个焦点位置随光功率的提高而更靠近入射位置,此外,由于光束横截面不同位置的折射率梯度不一样,因此可能形成局部光束,当局部光束足够强时会产生侧向发散的细光束。为了说明光线光学仿真方法的优点,我们采用光束传输法对自聚焦进行了仿真,并将它与光线光学方法进行了对比。最后,利用一个包含了球面、非球面面型的线性介质和非线性介质的简单混合系统,以画光学系统光线图为例,介绍了混合建模的仿真。本文最终完成的工作有非线性介质中的光线追迹程序,其中包括了光线追迹算法和光分布恢复算法,还在光学设计软件0TS的基础上编写了混合建模的部分程序,另外在MATLAB上实现了用光束传输方法对自聚焦的初步仿真。文中关于非线性自聚焦仿真分析的内容已在《物理学报》上发表论文一篇。

关键词：光线光学实际光线追迹非线性自聚焦光传输仿真亚当斯法

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光信号传输特性的仿真分析

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通信技术 2010年第3期43卷 45-46,190页

作者：刘志超朱军袁中保安徽大学电子科学与技术学院安徽合肥230039

光信号传输特性的研究是光通信网络仿真分析的关键问题。文中通过光传输仿真软件OpticSimu仿真分析了G.652光纤中光信号的传输特性。仿真结果表明:在不考虑非线性影响的情况下,当中心频率、发射功率和啁啾等参数相同时,传输距离越长,比... 详细信息

光信号传输特性的研究是光通信网络仿真分析的关键问题。文中通过光传输仿真软件OpticSimu仿真分析了G.652光纤中光信号的传输特性。仿真结果表明:在不考虑非线性影响的情况下,当中心频率、发射功率和啁啾等参数相同时,传输距离越长,比特率越大,由群速度色散引起的信号失真就越明显。通过减小光源信号的初始啁啾可以降低光信号在信道中的传输失真,提高光信号的传输质量。

关键词：群速度色散 G.652光纤啁啾光传输仿真

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