频谱宽度对超短脉冲光束的影响

利用理论推导和数值模拟的方法对超短脉冲光束的空间奇异性问题进行了较为深入的研究,给出了超短脉冲光束是否需要使用复解析信号理论的条件,并通过对超短高斯脉冲光束的频谱分析,直观形象地看到了空间奇异性产生的根源,还对比了超短无啁啾和啁啾高斯脉冲光束的频谱差异,说明了超短脉冲光束的空间奇异性主要是由频谱宽度引起的。

单周期超短脉冲光束的时空传输

当电偶极子以高斯脉冲形式随时间振荡时 ,辐射出的电磁场可以用来描写非缓变包络近似条件下单周期超短脉冲光束在自由空间中的传输特性。利用复点源模型 ,通过分析和计算 ,我们得出它的传输特性。第一 ,在空间传输过程中 ,单周期超短脉冲高斯光束能流密度基本保持高斯函数不变 ,振幅大小随不同的z平面振荡。第二 ,单周期超短脉冲光束在真空中主要以光速c沿z方向传输。在传输过程中 ,脉冲宽度保持不变 ,脉冲形状演变成不对称。能流密度不再随时间作简谐振荡 ,它的振幅构成一个高斯形状的包络。

超短脉冲激光光束在一维反射型体全息光栅中的衍射

基于Kogelnik的耦合波理论,研究了在色散效应的影响下,超短脉冲激光光束在反射型体全息光栅中衍射的性质·研究给出了衍射光及透射光在频谱域及时间域的振幅及强度分布、光栅的光谱宽度及衍射效率随光栅参量及入射条件的变化·数值研究的结果表明,在光栅记录介质色散效应的影响下,衍射光束的光谱宽度减小,脉冲展宽,衍射效率降低·通过适当的选取光栅参量及入射条件,可以控制衍射和透射光束的频谱和时间强度分布,得到满意的衍射和透射光束的带宽和波形,从而可以将其应用于脉冲整形等技术中·

矢量效应对超短脉冲光束非傍轴传输的影响

从严格的矢量非傍轴传输方程出发 ,并通过傅里叶变换及角谱分析的方法 ,分析了在超短脉冲光束中 ,矢量效应对其在自由空间中的非傍轴传输的影响。结果表明 ,矢量效应对脉冲光束的标量傍轴解的修正有着重要的影响 ,当对脉冲光束进行非傍轴传输处理时 ,必须考虑它的矢量特性。基于上述分析 ,得到了支配超短脉冲光束传输的矢量非傍轴方程的一个完整积分解。从这个积分解出发 ,通过对电场进行泰勒级数展开的方法 ,得到了一种相对简单的方法 ,通过这种方法 ,可以从脉冲光束的已知标量傍轴解来求出矢量非傍轴波动方程的相对精确解。

单周期以上超短脉冲光束在自由空间中的矢量非傍轴传输方法

在Lax等建立的微扰法的基础上 ,应用傅里叶变换的方法得到了一种用于自由空间中单周期以上 (即脉冲长度在一个振荡周期以上 )脉冲光束的矢量非傍轴修正方法 .在频域 ,其横向分量的一阶修正等价于Fu等所得相应结果 ,而在时域内则比Fu等所得结果更有利于非傍轴解析解的得出 .通过量级关系证明了矢量效应在对标量傍轴光束修正中的必要性 .从例子中发现 ,由于时空耦合的存在 。

超短脉冲光束传输缓变包络近似理论的失效和空间奇异性的形成与消除

研究了单周期或更短的超短脉冲光束在真空中的传输 .结果显示 ,在此情况下缓变包络近似理论已不再有效 ,其失效的原因是 ,该理论导致了脉冲光束解的空间奇异性 ,并使脉冲光束不再具有符合物理意义的光束行为 ,而通过复解析信号的分析方法可以消除这种空间奇异性 .给出了时间波形为Gauss ,HyperbolicSecant和Lorentz的脉冲光束奇异性的计算模拟 ,并给出了解决这些奇异性的复解析信号解 .同样 ,会发现在脉冲光束超过一定的长度后两种解是一致的 .

等束腰宽度超短脉冲光束传输的脉冲修正方法

利用角谱分析和傅里叶变换的方法,得到一种描述几个周期的等束腰宽度脉冲光束传输的脉冲修正方法。以准单色光束传输的结果为出发点,通过对准单色光束的解进行泰勒级数展开,得到了一种相对简单的修正方法,可以精确的描述具有任意时间波形和横向光束分布的不短于一个周期的超短脉冲光束的传输行为。给出等束腰宽度超短脉冲的近似解,具体研究高斯脉冲光束的传输特性,分析几种不同的频谱对脉冲光束传输行为的影响。

超短洛仑兹脉冲光束的传输性质研究

利用理论解析推导的方法给出了超短洛仑兹脉冲光束的解析解。这种脉冲光束解的频率分量可以表述为高斯函数与洛仑兹函数相乘的形式,并且瑞利距离相同。较为详细地研究了自由空间中超短洛仑兹脉冲光束的传输性质,所得结果对试验中超短脉冲的制备和实际应用具有一定的理论指导作用。

超短脉冲光束传输的时间分辨功率谱

利用小波变换 (WT)对超短高斯脉冲光束作时频分析 ,获得了光脉冲的时间分辨功率谱 ,给出了在1个脉冲周期内频随时间变化的关系。对光脉冲在自由空间传输的时频谱特性进行了研究 ,结果表明 :在离轴点上 ,时频谱相对光束中心出现明显的时间延迟 ,而频谱分布不变。

超短脉冲Bessel光束和空间诱导色散效应

给出了含时的波动方程的一族特解——超短脉冲 Bessel光束 ,其脉冲光束的空间和时间部分可以做分离变量 ,空间部分在传输过程中保持 Bessel光束不变 ,而时间脉冲部分的传输行为类似于在普通色散介质中的传输 。

超短脉冲贝塞尔-高斯光束在自由空间的传输特性

使用复解析信号法研究了束宽与频率无关的超短脉冲贝塞尔-高斯光束在自由空间的传输特性。研究表明:在无衍射长度内,超短脉冲贝塞尔-高斯光束的横向光强分布几乎不变并集中在传输轴附近,轴上脉冲随传输距离增加而展宽。在无衍射长度外,横向光强分布显著扩展。随传输距离增加,轴上光谱蓝移先增加,达到极大值后逐渐减小,最后在远场趋于一渐近值。对单周期的超短脉冲贝塞尔-高斯光束的轴上光谱蓝移先增加,达到极大值0.50 fs-1。然后逐渐减小,在远场蓝移趋于渐近值0.16 fs-1。

等衍射长度超短脉冲贝塞耳-高斯光束的传输特性

使用复解析信号法,研究了衍射长度与频率无关的超短脉冲贝塞耳-高斯光束在自由空间中的传输,推导出了解析表达式并进行了理论和计算分析·结果表明:在无衍射长度内,等衍射长度超短脉冲贝塞耳-高斯光束的横向光强分布扩展很小·在无衍射长度之外,横向光强分布有显著扩展·但是,在无衍射长度内轴上脉冲波形仍有展宽·随传输距离增加轴上蓝移单调增加逐渐达到一渐近值·随横向距离增加轴外光谱移动由蓝移变为红移·

自由空间中超短啁啾洛仑兹脉冲光束的空间奇异性

给出了超短啁啾洛仑兹脉冲光束在自由空间中的传输方程,研究了啁啾对洛仑兹脉冲光束空间奇异性的影响.理论及数值模拟的结果表明,由于啁啾的作用,对于脉冲宽度大于一个光波振荡周期的洛仑兹脉冲光束同样存在空间奇异性.在初始位置,啁啾洛仑兹脉冲光束的空间奇异性出现在脉冲的前沿或后沿.当洛仑兹脉冲光束传输以后,啁啾洛仑兹脉冲光束的空间奇异性将更加强烈.

超短脉冲光束经平行玻璃板后的空间和时间色散

光学中的矩阵方法从空域向时空域的推广，为研究超短脉冲光束的传输提供一种简单面有效的方法，本文利用时空域ＡＢＣＤ定律对高斯型脉冲光束经平行玻璃板后引起的空间色散和时间色散进行了详细的研究。

超短辛格高斯脉冲光束的频谱性质

给出了自由空间中超短辛格高斯脉冲光束在频率域传输的方程.对超短辛格高斯脉冲光束的功率谱进行了研究。结果表明:超短辛格高斯脉冲光束的轴外频谱具有红移、频谱变窄等性质.超短辛格高斯脉冲光束的光谱在衍射角不为零时有红移现象,并且随着衍射角的增加光谱红移也逐渐增大,频谱宽度逐渐变窄.在十倍瑞利距离处的数值模拟结果表明,衍射角等于3°时的频谱宽度仅为衍射角为0°时频谱宽度的四分之一.

超短脉冲复宗量厄米高斯光束

从超短高斯脉冲光束出发 ,根据复宗量厄米函数的性质 ,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 ,称为超短复宗量厄米高斯脉冲光束。此脉冲光束解的每个频率分量都是复宗量厄米高斯光束 ,时间脉冲的形状是任意的 ,具有相同的衍射距离参量 ,并且可以描述短于一个光学周期的超短脉冲。对这种超短脉冲光束及其在自由空间中的传输过程进行了较为细致的研究 ,分析了超短复宗量厄米高斯脉冲光束的轴上光强、光强的横向分布、等衍射性质、脉冲极性反转、脉冲延迟等基本性质。讨论了引入缓变包络近似后出现的时空奇异性。

超短脉冲复宗量拉盖尔—高斯光束

从超短高斯脉冲光束出发,根据拉盖尔多项式的性质,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,称为超短复宗量拉盖尔高斯脉冲光束。此脉冲光束解的每个频率分量都是复宗量拉盖尔高斯光束,时间脉冲的形状是任意的,具有相同的衍射距离参量,并且可以描述短于一个光学周期的超短脉冲。对这种超短脉冲光束及其在自由空间中的传输过程进行了较为细致的研究,分析了超短复宗量拉盖尔高斯脉冲光束的轴上光强、光强的横向分布、衍射性质、脉冲极性反转、脉冲延迟等。讨论了引入缓变包络近似后出现的时空奇异性。

超短啁啾脉冲光束空间奇异性的形成与消除

研究了超短啁啾脉冲光束在真空中的传输行为以及在传输过程中时空奇异性的形成 .结果表明 ,对于脉冲时间较长 (相对于一个光学周期 )的超短啁啾脉冲光束 ,啁啾导致的脉冲光谱展宽仍然会导致脉冲光束空间奇异性的出现 .脉冲啁啾比脉冲长度对脉冲光束空间奇异性的出现影响更大 .给出了超短啁啾高斯脉冲光束在不同参数下的数值模拟、空间奇异性出现的条件等 ,并用复解析信号理论消除了空间奇异性的出现 .

超短脉冲激光光束被局域体全息光栅衍射的性质分析

利用二维耦合波理论,分析了超短脉冲激光光束被完全重叠型的局域体全息光栅衍射的时空变化性质,给出了衍射和透射脉冲激光光束沿光栅出射边界的强度时空分布。以LiNbO3晶体为例,数值研究了衍射光脉冲强度沿光栅出射边界的分布和脉冲波形的变化及光栅的总衍射效率受光栅二维尺寸、入射角度、光栅折射率调制度及入射脉冲的脉冲时域半峰全宽等条件的影响而变化的情况。与一维体全息光栅对超短脉冲激光光束衍射的性质,及此光栅对连续光衍射的性质作比较,给出了合理选择光栅参量及入射条件以在光栅出射边界上得到总衍射效率较大且分布较均匀的衍射光脉冲的方法。

透射型体光栅对超短脉冲高斯光束衍射特性研究

采用傅里叶频谱分析法,将超短脉冲高斯光束展开为单色单角谱成分的线性叠加;利用Kogelnik一维耦合波理论,分析透射型体光栅对各单色单角谱成分的衍射特性;再通过逆傅里叶变换得出衍射光波的时空分布与光栅各参量的对应关系。结果表明:衍射光束在时域以及在光栅波矢与光栅前表面法向所构成平面内的空域光强分布随光栅周期的减小而呈展宽趋势,且在空域的展宽趋势较为迅速,与入射光束在空域进行比较,衍射光束空域分布发生非常明显的畸变;衍射光束在时域以及在光栅波矢与光栅前表面法向所构成平面内的空域光强分布随光栅厚度的增大亦呈展宽趋势,且展宽速度相当,与入射光束在时域和空域比较,均发生了较明显的畸变。