腔长失调对光腔衰荡法测量精度的影响

只考虑腔长失调因素下建立了反射率模拟测量的理论模型。根据高斯光束传输规律分析了腔长失调对衰荡腔模式耦合的影响,推导了腔长失调与谐振腔输出脉冲信号、衰荡信号与反射率之间的关系,模拟了腔长失调在±10mm范围内的光脉冲衰荡现象。结果表明:对于光敏面直径为0.2mm的高速探测器,为了保证10-6的测量精度,腔长的失调量应控制在±1mm之间。在光路调节中采用具有对数变换功能的示波器和动态范围较大的探测器,可以提高测量精度。

超高斯光束在超短脉冲激光系统中的传输

为了增大光束的填充因子及提高放大器的能量转换效率,设计了一种新型的空间4程放大器, 该放大器包括四组由凹面镜组成的空间滤波器,它们构成一个全像传递系统。由于有实焦点,放大器置于真空 系统中。放大前,入射的高斯光束首先通过一个软边光阑和一个空间滤波器,被整形为高阶超高斯光束,然后 在放大器中进行放大和像传递。钛宝石晶体置于各空间滤波器的像面和物面上。实验表明,该放大器结构稳 定,可以保持良好的光束质量,远场焦斑达到近一倍衍射极限。

光参量啁啾脉冲饱和放大的增益稳定性

光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)在饱和放大区存在一个增益稳定点,据此设计了一个输出稳定的三级OPCPA系统;第一、二、三级分别选用准相位匹配的周期极化钛氧磷酸钾(PPKTP)晶体、LBO晶体和KDP晶体作为增益介质。饱和放大时,增益随泵浦光强度变化时的增益输出稳定性明显改善,在泵浦光强度抖动低于6%的情况下,各级光参量放大器OPA输出的增益抖动小于1%。前级采用准相位匹配的PPKTP晶体作为增益介质,在远低于破坏阈值的30MW/cm2的泵浦功率密度下,可得到2×105的饱和放大增益和20%的能量转换效率。

热晕效应数值模拟中对计算参数的选取

根据数值计算的抽样原则,对激光大气传输数值模拟中如何准确地选取计算参数作了比较全面 的分析,导出计算参数选取所应遵循的判据。结合高斯光束及平台光束准直传输热畸变后的相位分布,得到了 网格间距与Bradley Hermann热畸变参数的关系。在算出此热畸变参数后,便可选定合适的网格间距,由数值 结果便能准确评价实际激光大气传输的效果。数值结果表明,相同网格数、不同网格间距下数值结果的差别相 对较大,若网格间距选取不当,将给数值结果带来较大误差。

大气湍流对部分相干平顶高斯光束的影响

采用相屏近似处理方法对激光通过湍流大气的传输进行了数值模拟。从数值模拟的结果拟合出两个公式:一是通过湍流前后部分相干平顶高斯光束的束宽平方比随阶数、传输距离和湍流强度的变化关系式;一是通过湍流后的相干长度随初始光束相干长度、湍流相干长度的变化关系式。研究发现:部分相干平顶高斯光束分解为相互独立的厄米 高斯光束的叠加;相干性越差的光束受到湍流的影响程度就越小;湍流对光束传输的影响与光束自身相干特性对其传输的影响之间是不相关的。

光学Maxwell-Bloch方程的数值算法研究及其应用

建立了高准确度快速求解均匀展宽二能级体系光学Maxwell-Bloch耦合方程的数值算法.通过与特定条件得到的解析解的比较,验证了算法所具有的高收敛性和稳定性,并可保持算法的误差阶数,因此算法是可靠并实用的.应用该算法数值求解了一般条件下的MB方程,并由计算结果分析了失谐量、弛豫时间、初始光强对光脉冲在介质中的传播及对Bloch矢量演化的影响.所建立的数值算法对MB方程以及修正的这类偏微分方程组具有普适性.

位相畸变对强紫外激光在空气中长程传输的影响

采用瞬态受激旋转拉曼散射(SRRS)模型,详细考虑了激光脉冲的位相变化、时间波形、泵浦光 的衰减、斯托克斯光的非线性放大以及初始的随机斯托克斯散射场等诸多因素,研究了空间位相畸变对空气中 长程传输过程中产生的SRRS效应的影响。研究结果表明:位相畸变对阈值条件和时间特性影响较小,而对光 束质量影响较为明显;随着位相畸变的增大,光束的能量分布变得极不均匀,光束的光强对比度也明显变大, 从而使激光光束质量变差,而且当传输距离达到阈值条件后,随着传输距离的增加,光束质量将进一步变差。

基于材料各向异性的整体梁裂纹转折分析

考虑铝合金材料S-T-L方向材料性能的差异,运用Abaqus/Explicit及其子程序VUMAT进行整体翼梁稳定裂纹扩展路径的准静态模拟,研究了整体翼梁结构在进行剩余强度试验时准静态裂纹扩展特性,并与试验结果进行对比。分析结果显示,考虑材料各向异性损伤失效的材料模型可以很好的描述准静态裂纹扩展,并且可以较好的模拟整体梁裂纹在腹板45°转折和筋条附近90°转折。

基于MATLAB数值模拟的局域表面波探究

基于打靶法和光束传播法,用MATLAB数值模拟了光折变晶体界面局域表面波的形成和稳定性。结果表明,传播常数增大时,波模的横向宽度变小,局域表面波的振幅与能量单调递增。而且,局域表面波可在线性电介质与光折变晶体界面稳定传播。

三阶非线性光束传输特性参数的差分计算

本文发展了三阶非线性傍轴光束传输的差分计算法，并通过将光束传输特性参数的模拟计算与解析研究结果的比较予以评价。研究表明，差分法不但比分步Ｆｏｕｒｉｅｒ 法快。

熔锥型光纤耦合器拉制过程的仿真和实验研究

基于熔锥型光纤耦合器在拉锥过程中光纤锥形的渐变特性和光纤之间熔融度的变化特点,构建了光纤耦合器在拉制过程中波导结构的变化模型.利用光束传播法对耦合器的拉制过程进行数值模拟,得到耦合器输出光功率随拉伸长度的变化规律以及耦合器的能量分布图.理论模拟和实验结果表明,光纤间熔融度与制作耦合器时的氢气流量及拉伸速度有关,氢气流量大,拉伸速度小,熔融度就大;光纤之间的耦合作用与拉伸长度及熔融度有关,拉伸长度增加或熔融度增大,都会使光纤间的耦合更加显著;拉伸长度不大时,锥形区的耦合可以忽略;随着拉伸长度的增加,光纤变细,耦合作用逐渐增强,锥形区的耦合现象越明显,同时光场也逐渐由纤芯向外发散,产生附加损耗.

锥形太赫兹量子级联激光器输出功率与光束特性研究

针对锥形太赫兹量子级联激光器,利用有限差分波束传播法和速率方程法,建立了准三维的太赫兹有源器件仿真模型,能够对具有轴向非线性波导结构的激光器进行模拟.利用此模型,研究了锥角大小对激光器输出光功率及光束质量的影响.仿真结果表明,考虑到器件之间的光耦合效率,为了达到最大的有效输出光功率,锥形太赫兹量子级联激光器的锥角存在一个最优值.

飞秒激光制备波导型光合波器的数值模拟

为了对飞秒激光加工微纳米尺度波导器件的可行性进行分析,采用有限差分光束传输法对余弦型Y波导合波器的耦合夹角大小对合路光场的影响进行了仿真模拟,分析了光场强度、分支角度以及损耗等之间的关系,得到当耦合夹角为0.6rad时,输入光场相互隔离,附加损耗低至0.45dB,传输效率接近90%的结果。结果表明,在石英玻璃这种高损伤阈值的材料中利用飞秒激光直写制备光合波器件时,预先对加工的微纳器件进行仿真模拟,在微纳光子集成及微纳米光波导中具有很重要的意义。

不同参数对室内传输通道热晕效应影响的数值分析

着重讨论了不同参数对室内传输通道热晕效应的影响。数值计算的结果表明:对于理想光束,即使在10 kW的激光功率情况下,传输距离大于25 m,吸收系数大于 0.013 km-1 时,就需要考虑室内传输通道热晕效应对光束质量的影响。随着吸收系数的增大,传输距离的加长,激光功率的提高,通道内热晕效应的影响越来越严重,应采取一定的措施来减小室内传输通道热晕效应。

基于扩展有限元的非对称四点梁复合型开裂分析

针对裂纹在三维实体中沿曲线或曲折路径扩展问题,应用三维扩展有限元的基本原理,结合ABAQUS有限元分析软件和粘聚裂缝模型,对混凝土梁在荷载作用下的复合型开裂过程进行了数值模拟分析。模拟结果与试验资料对比分析结果表明,基于扩展有限元法的三维模型对裂纹路径具有较高的预测精度,能有效分析实际工程中的复杂断裂失效问题。

Yb:YVO_4晶体波导传播特性研究

为研究飞秒激光直写Yb：YVO4晶体波导传播特性,采用Rsoft模拟软件和有限差分光束传播方法,对波导与材料的折射率差、波导尺寸等参量进行优化。得到当波导与材料的折射率差范围为0.015-0.0365,波导宽度范围为2-3μm、波导深度范围为3-10μm时,光在波导内只以基模形式传播,且光在波导内的近场光强分布稳定,散射损耗低,模式转换损耗消失。实验结果表明,通过控制波导参量可有效降低光在波导内的传播损耗并提高近场光强分布的稳定性,能够为飞秒激光微加工Yb：YVO4晶体波导及其激光器设计提供一定的理论依据。

弧形波导全光开关的设计

在讨论比较两种三阶非线性波导全光开关基础上，提出弧形结构波导的全光开关设计．应用光束传播法给出了弧形波导全光开关的输入、输出开关特性以及优化设计结果．结果表明，弧形波导全光开关具有较低的开关功率，数值化多次开关特性，有着弱光非线性全光开关的应用前景．

弯曲波导中基于PML边界条件的柱坐标广角BPM

给出了基于完美匹配层边界条件(PML-BC)的柱坐标广角波束传播方法(BPM)。用(2,2)阶Padé近似的广角BPM对光在弯曲波导中的传输特性进行了计算和分析,获得了比近轴BPM更精确的结果。采用了PML-BC,减小了边界反射,获得了比透明边界条件(TBC)更好的结果。

一种新的基于最小平方逼近的广角光束传播方法

用最小平方逼近展开传播算子 ,实现了一种新的半矢量显式高阶有限差分光束传播方法 .这种方法中不需要选择参考折射率 ,并在整个传播常数 (包括辐射模的传播常数 )分布区域进行逼近 ,解决了在泰勒展开和庞德逼近中存在的参考折射率选择和远离展开点误差增大等问题 .用这种方法对几种典型波导结构进行了数值模拟 ,模拟结果验证了算法的正确性和可靠性 .

窄带和宽带双曲正割脉冲光束的解析传输式

从近轴波动方程出发推导了窄带和宽带双曲正割脉冲光束的解析传输公式。通过数值计算比较了分别采用复振幅包络(CAE)表示式和复解析信号(CAS)表示式得到的脉冲光束,得出了选择脉冲光束研究方法的条件。结果表明复振幅包络表示式得到的解会存在空间奇异性,使光束出现不符合物理意义的非光束行为。对于宽带光束,复振幅包络解的奇异点的位置距离轴中心较近,使复包络解不能正确表示脉冲光束,而对于奇异点位置远离轴中心的窄带光束,对脉冲光束产生的影响可以忽略。因此,窄带脉冲光束可以采用复振幅包络和复解析信号两种表示式来研究,而对于宽带脉冲光束,必须采用严格的复解析信号表示式。