GLAD：高斯光束的吸收和自聚焦效應

概述
 

當一束強激光入射到介質(zhì)中后，由于強光場(chǎng)與介質(zhì)的非線(xiàn)性作用，使得介質(zhì)的線(xiàn)性折射率上會(huì )疊加與入射光強相關(guān)的非線(xiàn)性折射率。當入射光束的光強呈現空間上的非均勻分布時(shí)，由此引入的非線(xiàn)性折射率也是非均勻的，這將使不同空間位置的光所經(jīng)歷的光程長(cháng)度不同，即介質(zhì)對入射光束的作用等價(jià)于光學(xué)透鏡，從而導致光束的自行聚焦效果。
 

特別地，當入射光束強度沿垂直光軸的界面內呈高斯形時(shí)，且強度足夠產(chǎn)生非線(xiàn)性效應的情況下，此時(shí)介質(zhì)折射率的橫向分布也是鐘形的，從而對入射光束產(chǎn)生會(huì )聚作用，這就是高斯光束的自聚焦效應。

 

系統描述
 

本例重點(diǎn)展示了beer以及sfocus兩個(gè)命令的使用，給出了經(jīng)過(guò)吸收之后高斯光束的強度分布輪廓圖，光束的吸收遵循比爾定律并且可能會(huì )出現自聚焦現象。研究發(fā)現，自聚焦效應會(huì )導致穿透剖面變窄，本例對比了以下四種情況：

（1）理想的高斯光束聚焦

（2）經(jīng)過(guò)吸收之后的理想高斯光束聚焦

（3）經(jīng)過(guò)吸收和自聚焦效應之后的理想高斯光束聚焦

（4）經(jīng)過(guò)吸收和自聚焦效應之后的帶有像差的高斯光束聚焦

 

圖1.模擬示意圖
 

模擬結果

 

  

圖2.初始理想高斯光束光強分布

圖3.理想高斯光束的成像切片

 

圖4 介質(zhì)中存在吸收時(shí)理想高斯光束的成像切片

 

圖5.介質(zhì)中存在吸收同時(shí)考慮自聚焦效應時(shí)理想高斯光束的成像切片

圖6.介質(zhì)中存在吸收同時(shí)考慮自聚焦效應時(shí)帶像差高斯光束的成像切片