圖1. 級聯(lián)作用下雙峰熱像的光路模型。

近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所高功率激光物理聯(lián)合實驗室朱健強研究員和焦兆陽副研究員團隊在高功率激光裝置多種非線性過程級聯(lián)作用下的非線性熱像效應(yīng)研究方面取得進(jìn)展。相關(guān)成果以“Formation and mechanism of multiple peak hot images induced by the cascade effect of nonlinear frequency conversion and self-focusing”為題，發(fā)表于《光學(xué)快報》(Optics Express)。

已有研究表明，上游缺陷會在自聚焦介質(zhì)下游的共軛面產(chǎn)生一個熱像，而在多塊介質(zhì)級聯(lián)的條件下，甚至出現(xiàn)復(fù)雜多峰熱像現(xiàn)象。熱像的強度可達(dá)平均光強的數(shù)倍，是限制高功率激光器輸出能力的一個關(guān)鍵因素。熱像相關(guān)規(guī)律是整個驅(qū)動器設(shè)計的重要依據(jù)，而終端光學(xué)系統(tǒng)中自聚焦和非線性頻率變換過程共同作用下的熱像演變規(guī)律還尚未明確。

圖2. 晶體下游橫向光場隨傳輸距離的演變，紅色虛線代表熱像面的位置。(a)級聯(lián)作用;(b)單獨考慮頻率轉(zhuǎn)換過程。

圖3. 熱像特征隨物距的變化情況。(a)熱像所處位置;(b)熱像強度。

針對上述問題，團隊研究發(fā)現(xiàn)了非線性頻率轉(zhuǎn)換和自聚焦效應(yīng)級聯(lián)作用導(dǎo)致的雙峰熱像新現(xiàn)象，尤其發(fā)現(xiàn)光束波長變換導(dǎo)致的熱像后移的新規(guī)律，并給出了雙峰熱像的軸向位置分布公式。其中級聯(lián)作用下產(chǎn)生的第一個峰源于頻率轉(zhuǎn)換效應(yīng)，而第二個峰主要是自聚焦效應(yīng)導(dǎo)致的。此外，級聯(lián)作用下一定范圍內(nèi)熱像強度幾乎不隨物距變化的新現(xiàn)象，這可能導(dǎo)致傳統(tǒng)利用拉開各塊元件間距抑制熱像的策略失效。該工作首次給出了終端系統(tǒng)中復(fù)雜非線性過程級聯(lián)下的熱像形成機理及演變規(guī)律，有助于優(yōu)化終端光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)元件的設(shè)計排布，減少元件損傷，對高功率激光裝置終端負(fù)載能力提升具有重要的意義。

相關(guān)研究得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)研究計劃等項目的支持。(高功率激光物理聯(lián)合實驗室供稿)

審核編輯 黃宇