高功率激光多种非线性过程级联作用下的热像形成机制方面取得进展

图1. 级联作用下双峰热像的光路模型。

　　近期，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室朱健强研究员和焦兆阳副研究员团队在高功率激光装置多种非线性过程级联作用下的非线性热像效应研究方面取得进展。相关成果以“Formation and mechanism of multiple peak hot images induced by the cascade effect of nonlinear frequency conversion and self-focusing”为题，发表于《光学快报》(Optics Express)。

　　已有研究表明，上游缺陷会在自聚焦介质下游的共轭面产生一个热像，而在多块介质级联的条件下，甚至出现复杂多峰热像现象。热像的强度可达平均光强的数倍，是限制高功率激光器输出能力的一个关键因素。热像相关规律是整个驱动器设计的重要依据，而终端光学系统中自聚焦和非线性频率变换过程共同作用下的热像演变规律还尚未明确。

图2. 晶体下游横向光场随传输距离的演变，红色虚线代表热像面的位置。(a)级联作用;(b)单独考虑频率转换过程。

图3. 热像特征随物距的变化情况。(a)热像所处位置;(b)热像强度。

　　针对上述问题，团队研究发现了非线性频率转换和自聚焦效应级联作用导致的双峰热像新现象，尤其发现光束波长变换导致的热像后移的新规律，并给出了双峰热像的轴向位置分布公式。其中级联作用下产生的第一个峰源于频率转换效应，而第二个峰主要是自聚焦效应导致的。此外，级联作用下一定范围内热像强度几乎不随物距变化的新现象，这可能导致传统利用拉开各块元件间距抑制热像的策略失效。该工作首次给出了终端系统中复杂非线性过程级联下的热像形成机理及演变规律，有助于优化终端光学系统光学元件的设计排布，减少元件损伤，对高功率激光装置终端负载能力提升具有重要的意义。

　　相关研究得到国家自然科学基金、中国科学院战略先导研究计划等项目的支持。(高功率激光物理联合实验室供稿)