圖1. 級(jí)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(jī)械研究所高功率激光物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室朱健強(qiáng)研究員和焦兆陽副研究員團(tuán)隊(duì)在高功率激光裝置多種非線性過程級(jí)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(bào)》(Optics Express)。

已有研究表明，上游缺陷會(huì)在自聚焦介質(zhì)下游的共軛面產(chǎn)生一個(gè)熱像，而在多塊介質(zhì)級(jí)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(qiáng)度可達(dá)平均光強(qiáng)的數(shù)倍，是限制高功率激光器輸出能力的一個(gè)關(guān)鍵因素。熱像相關(guān)規(guī)律是整個(gè)驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)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(chǎng)隨傳輸距離的演變，紅色虛線代表熱像面的位置。(a)級(jí)聯(lián)作用;(b)單獨(dú)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(qiáng)度。

針對(duì)上述問題，團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)了非線性頻率轉(zhuǎn)換和自聚焦效應(yīng)級(jí)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(jí)聯(lián)作用下產(chǎn)生的第一個(gè)峰源于頻率轉(zhuǎn)換效應(yīng)，而第二個(gè)峰主要是自聚焦效應(yīng)導(dǎo)致的。此外，級(jí)聯(lián)作用下一定范圍內(nèi)熱像強(qiáng)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(jí)聯(lián)下的熱像形成機(jī)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(jì)排布，減少元件損傷，對(duì)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(jì)劃等項(xiàng)目的支持。(高功率激光物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室供稿)

審核編輯 黃宇