激光原理-自聚焦效应与其Comsol仿真

激光原理_自聚焦效应与其Comsol仿真第一页，共22页。目录CONTENTS01什么是激光的自聚焦02自聚焦的研究历史03自聚焦的基本理论04基于Comsol的自聚焦仿真05自聚焦透镜及其Zemax仿真第二页，共22页。什么是激光自聚焦TheFirstPartWhatisself-focusing第三页，共22页。什么是激光自聚焦Whatisself-focusing

自聚焦（self-focusing）是指某些材料受强光照射时，材料折射率发生与光强相关的变化。当照射光束强度在横截面的分布是高斯形时（即钟形），而且强度足够产生非线性效应的情况下，此时材料（如CS2）折射率的横向分布也是钟形的，因而材料好像会聚透镜一样能会聚光束。

换句话说，自聚焦是一种感应的透镜效应，当强激光通过非线性介质传输时，光场导致介质折射率发生变化，而折射率的变化又反过来影响光场的空间分布，即使其波前产生畸变，就类似光通过一个透镜发生偏折一样。第四页，共22页。什么是激光自聚焦Whatisself-focusing激光自聚焦的分类整体自聚焦

又称全光束自聚焦，是指光束作为一个整体发生自聚焦，在传输的过程中折射率受光强调制使得光束形成一个或多个自聚焦焦点或者形成一根具有一定长度的“细丝”。小尺度自聚焦

光束在传输的过程中，不仅仅光束整体在进行自聚焦，光束的每一部分受局部调制光强在各自进行自聚焦第五页，共22页。自聚焦的研究历史TheSecondPartResearchhistoryofselffocusing第六页，共22页。自聚焦的研究历史Wearepursuingthebest!从理论上提出了自聚焦的可能性提出了自陷模型来解释玻璃中观察到的损伤细丝，认为激光自聚焦和衍射作用相互抵消时会出现“自陷”现象证实损伤细丝实际上是由具有运动焦点的、随时间变化的自聚焦引起的实验上验证了自聚焦焦点位置与光功率之间的关系，当光功率达到一定程度以致自聚焦焦点无穷远时，自聚焦等同于自陷Askar’yanChiaoZverevGiulianoWang第七页，共22页。自聚焦的研究历史Wearepursuingthebest!利用“星光II”激光装置观察到了激光在硅酸盐介质中传输的非线性自聚焦现象发现飞秒脉冲激光在大气中的传输有类似的自聚焦现象总结了三种说法：“自陷模型”，“运动焦点模型”，“动态自陷模型”，提出了基于锥形波的解释等离子体中的自聚焦现象是一个研究热点，关于这方面的研究不断有新的进展中国工程物理研究院BraunE.Gaizauskas目前第八页，共22页。自聚焦的基本理论TheThirdPartThebasictheoryofselffocusing第九页，共22页。前方有公式！！第十页，共22页。自聚焦的稳态理论

第十一页，共22页。自聚焦的稳态理论

电场振动第十二页，共22页。自聚焦的稳态理论

前方没有公式了！！第十三页，共22页。Comsol自聚焦仿真TheFourthPartSelffocusingsimulationbasedonComsol第十四页，共22页。Comsol自聚焦仿真Wearepursuingthebest!第十五页，共22页。Comsol自聚焦仿真Wearepursuingthebest!第十六页，共22页。Comsol自聚焦仿真Wearepursuingthebest!第十七页，共22页。Comsol自聚焦仿真Wearepursuingthebest!第十八页，共22页。自聚焦透镜TheSixthPartSelffocusinglens第十九页，共22页。自聚焦透镜Wearepursuingthebest!自聚焦透镜（GrinLens）又称为梯度变折射率透镜，是指其折射率分布是沿径向渐变的柱状光学透镜。具有聚焦和成像功能。

右图为Zemax仿真结果。(3DLayout)第