基于光线追迹的强激光非线性效应的仿真与分析

【摘要】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。
【作者】张鲁薇；
【导师】李晓彤；岑兆丰；
【作者基本信息】浙江大学，光学工程，2014，硕士
【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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